Microbiologic assessment of accelerated solid-state fermentation of agricultural organic wastes

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Livestock and poultry wastes, when effectively managed, become feedstock for organic fertiliser production. Researchers from the All-Russian Research Institute of Reclaimed Lands, the branch of Federal Research Center “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”, proposed an accelerated regimen of cattle manure solid-phase fermentation with peat: 48 h at 37 °C, then 48 h at 60 °C and 24 h at 37 °C, terminating with nat-ural cooling of the fermented mass. A distinctive feature of the proposed accelerated fermentation is maintenance of set-point temperatures. The aim of the work is to perform a microbiological evaluation of the process of accelerated solid-phase fermentation. An experiment was carried out in a 1.75 dm3 laboratory fermenter. During the fermentation, we studied the number of microorganisms, which use organic and mineral nitrogen forms, using the limiting dilution method, as well as the species membership by mass spectrometry. The experimental findings showed that the temperature regime of the main fermentation steps yielded the maximum number of mesophilic and thermophilic nitrogen-transforming microorganisms. Their active growth caused the intensive transformation of the fermented mixture, as evidenced by mesophilic and thermophilic mineralisation coefficients. At the end of the process, the linear mineralisation coefficients were used to assess the completion of the fermentation product transformation and stabilisation. The fermentation product comprised a high number of nitrogen-transforming microorganisms (on average, 3.5±0.3•108 COE/g on a dry weight basis). The determination of the microbiota species membership in the fermented mass and the final product confirmed that the process temperature regime ensured the elimination of the sanitary-indicatory microorganisms present in the original mixture (E. coli, Citrobacter, Proteus). In addition, during pasteurisation, this regime led to the active development of non-pathogenic Bacillus bacteria (B. megaterium, B. subtilis, B. licheniformic, B. pumilus and B. altitudinis). The fermentation product is recommended for use as an environmentally safe organic fertiliser based on the microbiological evaluation.

Авторлар туралы

N. Fomicheva

V.V. Dokuchaev Soil Science Institute

Email: nvfomi@mail.ru

G. Rabinovich

V.V. Dokuchaev Soil Science Institute

Email: 2016vniimz-noo@list.ru

E. Prutenskaya

Tver State Technical University

Email: prutenskaya@mail.ru

Yu. Smirnova

V.V. Dokuchaev Soil Science Institute

Email: ulayad@yandex.ru

Әдебиет тізімі

  1. Shuhang W.U., Zhenfang J., Qingying Y.U. Progress in technologies of the composting animal manure // Acta Agriculturae Shanghai. 2003. Vol. 19. Issue 1. P. 50-52.
  2. Фомичева Н.В., Рабинович Г.Ю., Молчанов В.П., Сульман Э.М. Современные технологии биопереработки возобновляемых сырьевых ресурсов // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. 2018. N 2. С. 263-273.
  3. Иванов А.И., Лапа В.В., Ковалев Н.Г., Иванов И.А., Рабинович Г.Ю., Иванов Д.А.. Производство, изучение и применение удобрений на основе птичьего помета / под общ. ред. А.И. Иванова. СПб.: ФГБНУ АФИ, 2018. 317 с.
  4. Petric I., Selimbasic V. Composting of poultry manure and wheat straw in a closed reactor: optimum mixture ratio and evolution of parameters // Biodegradation. 2008. Vol. 19. Issue 1. P. 53-63. https://doi.org/10.1007/s10532-007-9114-x
  5. Пат. № 2112764, Российская Федерация. Способ приготовления компоста многоцелевого назначения / Н.Г. Ковалев, Б.М. Малинин, И.П. Туманов; патентообладатель Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель; заявл. 22.01.1997; опубл. 10.06.1998.
  6. Vuorinen A.H., Saharinen M.H. Effects of process conditions on composting efficiency and nitrogen immobilization during composting of manure in a drum composting system // Acta Horticulturae. 1998. Vol. 469. P. 89-96. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.1998.469.8
  7. Uvarov R., Briukhanov A., Shalavina E. Study results of mass and nutrient loss in technologies of different composting rate: case of bedding poultry manure. In: Engineering for Rural Development: 15th international scientific conference. 25-27 Maj 2016, Jelgava. Jelgava, Latvia University of Agriculture. P. 851-857.
  8. Шалавина Е.В., Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Уваров Р.А., Валге А.М. Биоферментация органических отходов свиноводческого комплекса в установке барабанного типа // Аграрная наука. 2020. N 6. C. 51-56. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-339-6-51-56
  9. Лопес де Гереню В.О., Курганова И.Н. Физико-химические и микробиологические аспекты процесса аэробного компостирования // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 1995. N 4. С. 51-54.
  10. Ковалев Н.Г., Рабинович Г.Ю. Микробиологические особенности аэробной ферментации // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 1999. N 3. С. 23-25.
  11. Рабинович Г.Ю., Ковалев Н.Г., Фомичева Н.В. Новый вид биологически активных средств: получение, состав, перспективы использования // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2007. N 3. С. 71-73.
  12. Sasakova N., Venglovsky J., Papajova I., Juris P., Ondrasovicova O., Ondrasovic M., et al. Vplyv teploty na prezivanie vybranych skupin mikroorganizmov pocas kompostovania hydinoveho trusu // Slovensky Veterinarsky Casopis. 2010. Vol. 35. Issue 1. P. 43-47.
  13. Lung A.J., Lin C.M., Kim J.M., Marshall M.R., Nordstedt R., Thompson N.P., et al. Destruction of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella Enteritidis in cow manurecomposting // Journal of Food Protection. 2001. Vol. 64. Issue 9. P. 13091314. https://doi.org/10.4315/0362-028x-64.9.1309
  14. Saludes R.B., Iwabuchi K., Kayanuma A., Shiga T. Composting of dairy cattle manure using a thermophilic-mesophilic sequence // Biosystems Engineering. 2007. Vol. 98. Issue 2. P. 198-205. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2007.07.003
  15. Van Vliet P.C.J., Reijs J.W., Bloem J., Dijkstra J., de Goede R.G.M., Effects of cow diet on the microbial community and organic matter and nitrogen content of feces // Journal of Dairy Science. 2007. Vol. 90. Issue 11. P. 5146-5158. https://doi.org/10.3168/jds.2007-0065
  16. Архипченко И.А., Бакина Л.Г., Брюханов А.Ю., Орлова О.В., Тарасов С.И. Трансформации микробного сообщества и органического субстрата при аэробной ферментации помета // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. N 8. С. 22-27. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-8-22-27
  17. Varma V.S., Das S., Sastri C.V., Kalamdhd A.S. Microbial degradation of lignocellulosic fractions during drum composting of mixed organic waste // Sustainable Enviroment Research. 2017. Vol. 27. Issue 6. P. 265-272. https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.05.004
  18. Sasaki H., Nonaka J., Otawa K., Kitazu-me O., Asano R., Sasaki T., et al. Analysis of the structure of the bacterial community in the livestock manure-based composting process // Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2009. Vol. 22. Issue 1. P. 113-118. https://doi.org/10.5713/ajas.2009.70658
  19. Tang J.-C., Kanamori T., Inoue Y., Yasuta T., Yoshida S., Katayama A. Changes in the microbial community structure during thermophilic composting of manure as detected by the quinone profile method // Process Biochemistry. 2004. Vol. 39. Issue 12. P. 1999-2006. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2003.09.029
  20. Gutierrez-Manero F.J., Ramos-Solano B., Probanza A., Mehouachi J., Tadeo F.R., Talon M. The plant-growth-promoting rhizobacteria Bacillus pumilus and Bacillus licheniformis produce high mounts of physiologically active gibberellins // Physiologia Plantarum. 2ОО1. Vol. 111. Issue 2. P. 206-211. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.2001.1110211.x
  21. Михайлова Н.А., Гринько О.М. Бактерии рода Bacillus - продуценты биологически активных веществ антимикробного действия // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2010. N 3. С. 85-89.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).