Преценка на степента на микробно деконтаминиране при преработка на несменяема постеля по три технологии с помощта на маркирани микроорганизми



Дата30.06.2017
Размер175.92 Kb.
#24709



Преценка на степента на микробно деконтаминиране при преработка на несменяема постеля по три технологии с помощта на маркирани микроорганизми
Теодора Попова*, Йоско Петков*, Веселин Киров*, Байко Байков**, Ботьо Захаринов,** Надя Маринова **
* Лесотехнически университет, Факултет по ветеринарна медицина – София

** Нов български университет – София


При лабораторни условия бяха създадени три типа инсталации с обем 5л тип “мезокосмос”, както следва:

1. Лабораторна инсталация за производство на биогаз във ферментатор разработен Симеонов и сътр / 1999/ с възможности за различни режими на работа. Технологични параметри:съдържание на сухо вещество на входа 7%, температура 330С, рН около 7,0 хомогенизиране на субстрата веки час в продължение на 1 мин, подмяна на 10% от субстрата всяко денонощие.

2. Лабораторна инсталация за компостиане с допълително аериране, която е мащабно копие на силозна инсталация на фирмата OCENE. Времето за компостиране е 30 дни, като температурата се повишава до 700С

3. Лабораторна инсталация за стабилизиране на органиката по технология Oxalor, като в лабораторен хомогенизатор се смесва несменяема постеля + калциев окис + вода и след хомогенизиране температурата се повишава до 108 0С и тази температура се поддържа за 120-180 мин.

Степента на микробна деконтаминация бе преценена като се използват маркирани микроорганизми при следната опитна постановка

Микроорганизми. В изследванията са използвани чисти култури от три патогенни бактериални щама: Esherichia coli О6-21С, Pseudomonas aeruginosa 33 и Staphylococcus aureus 230. Микроорганизмите са изолирани от животни с хронични инфекции и са подбрани по демонстрираната in vitro полирезистентност към амфениколи (Chloramphenicol и Thiamphenicol) и тетрациклини (Tetracycline, Doxycycline и Oxytetracycline). Извършено е допълнително култивиране на тези щамове върху хранителни среди с антибиотици от тези групи с цел изолиране и използване в изследванията на клонове, най-добре развиващи се в присъствие на високи концентрации от тези антибиотици.



Хранителни среди. За изолиране и култивиране на маркираните бактерии са използвани селективни среди, съдържащи едновременно доксициклин в концентрация 50 μg/mL и хлорамфеникол - 16 μg/mL. Подбрани са Eosin Methylene Blue agar за E. coli, Cetrimide аgar за P. aeruginosa и Chapman Stone agar за S. aureus. Същите среди, но без антибиотици, са използвани за определяне на общото количество на бактериите от следните избрани групи:  E. coli и други Грам-отрицателни аеробни и факултативно анаеробни бактерии,  Pseudomonas spp. и  Staphylococcus spp. (маркирани и немаркирани). Общия брой микроорганизми в изследваните материали е отчитан върху агар на Mueller Hinton без антибиотици. Хранителните среди са от фирмата Antisel. Количеството на ентерококите е определяно върху селективна за тях хранителна среда, приготвена от нас.

Количественото определяне на микроорганизмите е извършвано по класическия метод в серийни десетократно нарастващи разреждания на изследваните материали в стерилен физиологичен разтвор. От тях са правени посявки върху подбраните среди с и без антибиотици, по три за всяка среда и разреждане. След инкубиране при 37оС за 24 - 48 часа е определян средноаритметичния брой на развилите се колонии и е изчислявано количеството на колонииобразуващите единици (CFU – colony forming units) в 1 ml от изходния материал.

Степента на микробна деконтаминация бе преценявана по динамиката на редуциране на маркерните щамове при трите технологии за преработка на НП.

На табл. 1 са посочени резултатите от изследване микробния статус при метанова ферментация. Обект на контрол са както наличните в субстрата микроорганизми, така и маркирани щамове . В началото микробното число е 2,09 млрд в 1 г субстрат, 447000 са ентерококите, 68700 са грам отрицателните аероби, 34000 са Psudomonas spp. 150 000 са Stapihylococcus spp. Маркираните микроорганизми се установяват на 14-ия ден с изключение на S. Aureus и липсват на 21 ден. Независимо от това в биошлама на 21 ден се установява високо микробно число: 68,5 млн/г субстрат, ентерококите независимо че намаляват запазват висока численост - 82 000, голям е броят на грам-отрицателните аероби 195 000 и на Psudomonas spp – 11500. Екологичната преценка, е че при метанова ферментация реализирана като непрекъснат процес проблемът с микробно деконтаминиране на субстрата остава нерешен. Тези резултати съвпадат с резултати от други наши проучвания . Обяснението е в наличието на спорови микроорганизми, които са устойчиви на микробното съобщество осъществяващо метановата ферментация и се намножават в субстрата и се установят до края на периода на метанова ферментация – 21 денонощия.

Резултатите от изследване на микробния статус при компостиране на НП са отразени в таблица 2. Установява се по-продължителна преживяемост на маркираните микроорганизми, като P. Aeruginosa се доказва на 28 –ия ден / 7350 / г субстрат. Микроорганизмите маркери липсват на 42-ия ден. Редуциране на микроорганизмите се установява и при изследване на наличните щамове, но в края на опита се запазва високо микробно число 165 млн/ 1 г субстра.т или редукцията е около 60%. Деконтаминацията при другите изследвани микроорганизми показва интересна особеност . Ентерококите са само 0,09% в сравнение с началото, Psudomonas spp намаляват със 71,5%, Stapihylococcus spp с са редуцира ни с 50,5%, но грам отрицателните аероби се увеличават значително. Екологичната преценка е, че независимо от деконтаминирането спрямо маркираните микроорганизми не може да се даде положителна оценка за микробното деконтаминиране като необходим процес при аеробна преработка на несменяемата постеля по описаната технология, която в момента е най-широко прилагана в различни страни на света.

В таблица .3 са отразени резултатите от изследване ефекта на стабилизиране на несменяемата постеля с калциев окис + вода. Многобройните ни експерименти с лабораторна инсталация показаха, че при смесването на субстрата с калциевия окис + вода температурата се повишава над 100оС за 120-180 мин. В резултат на това маркираните микроорганизми както и голяма част от наличните в субстрата микроби загиват след 2,5 часа. По-нататък се установява динамика в редуцирането на микроорганизмите: на 7-ия ден са налице всички маркирани микроорганизми, на 14-ия ден остават единични микробни тела на маркираните E. Coli / 6 микробни тела/ 1 г субстрат. На 21-ия ден липсват представители и на 3-те маркера за преценка на микробния статус. Обяснението на тази особеност в динамиката на числеността на маркираните микроорганизми се обяснява с особеностите при хомогенизиране на субстрата, което не достига степен на изключване на възможност за формирани на защитени от високата температура групировки от маркирани микроорганизми. По-нататъшната деконтаминация е свързана с въздействието на два важни абиотични фактора в системата: алкално рН и минимално количество вода.

Интензивно протича процеса на микробна деконтаминация преценена по наличните в НП микроорганизми. На 14-ия ден общият брой микроорганизми е само 0,004% в сравнение с началото на експеримента, представители на ентерококи и Psudomonas spp не се установяват, рязко намалява броят на грам отрицателните аероби и на Stapihylococcus spp. На 21-ия ден не се установяват в стабилизираната с калциев окис органика както маркирани микроорганизми, така и микроби, които са установени първоначално в субстрата. Анализите показват, че в случая микробната деконтаминация се дължи на неблагоприятното за микрофлората алкално рН на субстрата и липсата на достатъчно вода. Независимо, че на 7-ия ден се установяват микроорганизми от групата на маркираните , техният брой, както и броят на наличните щамове е силно редуциран. Въздействието на алкалното рН и липсата на влага / високо съдържание на сухо вещество / са причина на 21-ия ден да не се откриват микроорганизми от категорията на санитарноиндикаторните, както като маркирани така и като налични щамове.

Заключение: Разработена е и приложена методика която позволява обективно да се прецени степента на микробна деконтаминация при три технологии за обработка на несменяема постеля. Може да се приеме, че мезофилният режим на метанова ферментация позволява да се постигне деконтаминиране по отношение на маркираните микроорганизми, което означава, че се изключва опасността от замърсяване на почвата с патогенни микроорганизми. Следва да се отбележи, че приожената технология не е ефективна по отношение на съдържащите се в субстрата микроорганизми, които са извън категорията на маркираните. Високото микробно число и наличието на санитарноиндикаторни микроорганизми налагат да продължат експериментите за ефективно деконтаминиране на субстрата /независимо че такова бе постигнато по отношение на санитарно индикаторните микроорганизми/ . Изследванията се налагат поради факта, че субстратът преди обработка е с изключително високо съдържание на микроорганизми, в т.ч. и санитарноиндикаторни.

Ако приемем като принцип, че загиването на маркираните микроорганизми е достатъчно за изключване риска за околната среда от замърсяване с опасни за здравето микроорганизми може да направим извод, че при възприетия мезофилен режим на ферментация пробемът е решен. Данните в таблица 1. обаче показват че в края на опитния период се запазва микробиологичен статус на субстрата с рискове за здравето на екосистемите. Това наложи провеждането на експерименти резултатите от които са посочени в табл. 3. Установява се, че алкализирането на средата с калциева основа е сигурно средства за унищожаване както на маркираните, така и на “дивите” /налични в субстрата/ микроорганизми в т.ч. и санитарно индикаторни. Тази технология е ефективна, но не е универсална, тъй като е неприложима при всички типове почви, поради което е целесъобразно изследванията на продължат. Предварителните ни проучвания показват, че е целесъобразно експериментите за микробна деконтаминация, да продължат като се приложи опита на Дания и на други европейски страни в които се прилага преди отстраняване на биошлама от инсталацията температурата да се повиши до 65оС за 1 час. В тази посока обаче са необходими допълнителни проучвания, като се използва по-голям брой маркирани микроорганизми, тъй като досегашните ни проучвания показват, че проблем при микробното деконтаминиране е високото микробно число, в което участват спорови микроби. Целесъобразно е провеждането на опити и по класическия пастьоров метод- няколкократно повишаване на температурата или поне при внасяне на субстрата и отстраняване на биошлама.


Изводи:

1. Едно от необходимите изисквания при преработка на биоразградимата органика е да се постигне микробна деконтаминация по отношение на санитарноиндикаторните микроорганизми.

2. За прецизиране на експериментите по микробно деконтаминиране е целесъобразно използване на маркирани микроорганизми .,

3. Важен агроекологичен критерий е степента на микробна деонтаминация . При сравняване на трите технологии се установява, че метановата ферментация, осъществена като непрекъснат процес не гарантира микробна деконтаминация на биошлама, което е логично, гъй като всяко денонощие се подменя част от субустрата, като се внасят съответно количество свеж субстрат, съдържащ патогенни микроорганизми. Компостирането по експериментираната технология също не осигурява микробна деконтаминация . И при двата продукта се установява загиване на микроорганизмите- маркери, но запазването на голям брой от наличните в субстрата микроби, показател за което е високото микробно число, ентерокококите , стафилокококите и другите санитарноиндикаторни микроорганизми.е остнование да се продължат проучванията с оглед редуциране на микрофлората в получаваните продукти биошлам или компост.



Благодарности: Тази разработка е финансирана от МОН – ПРОГРАМА “Разработване на усъвършенствани технологии за производство на топло и електроенергия от органични отпадъци с оглед повишаване икономическата ефективност от крайните продукти” Модул 3: ИЗСЛЕДВАНЕ КАЧЕСТВАТА НА БИОШЛАМА КАТО ЕСТЕСТВЕН ЗАМЕСТИТЕЛ

НА ВИСОКОЕНЕРГОЕМКИ ИЗКУСТВЕНИ ТОРОВЕ Договор Д 01-376/16.06.2006 г. (НТЕ-5-3/05)



Литература:

  1. Симеонов, И., С. Михайлова, А. Мирков, Й. Петков, Е. Чорукова. Проучване на биогаз от органични отпадъци в псевдохомогенни лабораторни биореактори. Екологично инженерство и опазване на околната среда, 2, 23 – 32, 2007.

  2. Тивчев, Г., Б. Байков, Н. Христова. Метановата ферментация и аеробните лагуни като възможности за инактивиране на патогенните микроорганизми в птичи и говежди тор. Екологизация’85. Трети международен симпозиум по екологизация на технологиите в животновъдството. Белоградчик, 10 – 15 май 1985, Българска академия на науките, Единен център по биология, София, 196 – 199, 1986.

  3. Ahring B. (editor), Biomethanation I, Springer-Verlag, Berlin Haidelberg, 2003

  4. Baykov, B., I. Popova, B. Zaharinov, K. Kirov, I. Simeonov. Assesment of the compost from the methane fermentation of litter from broiler production with a view to its utilization in organic plant production. ISAH, Warsaw, Poland, Vol. 2, 69 – 72, 2005.

  5. Huyard, A., B. Ferran, J.M. Audic. 2000. The two phase anaerobic digestion process: sludge stabilization and pathogenic reduction. Water Science and technology. Vol. 42. № 9 41-47.

  6. Philipp, W., K. Ade-Kappelmann, M. Drca, H. Lorenz, R. Böhm. New hygiene rules for biogas plants – revising German biowaste ordinance. ISAH, Warsaw, Poland, Vol. 2, 234 – 227, 2005.

Таблица 1. Динамика на микроорганизми в биореактор при непрекъснат процес на метанова ферментация на птича торова постеля

Проба


Общ брой бактерии

Entero-coccus

spp.

Грам-отрицателни аероби-общ брой

Pseudomonas spp.

-общ брой



Staphylo-

coccus spp.-

общ брой


E. coli

маркирани



P.aeruginosa

-маркирани

S. aureus

маркирани



Преди приб. на марк. б.

2,07.109* ±0,87**

4,47.105 ±0,76

6,87.104 ±1,.03

3,40.104 ±0,46

1,50.105 ±0,06

-

-

-

3 ден

3,70.109 ±1,35

3,20.105 ±1,22

3,27.106 ±1,54

9,70.106 ±0,45

3,63.106 ±1,01

4,40.104 ±2,12

1,27.104 ±0,23

7,85.103 ±0,21

5 ден

6,10.107 ±0,66

2,60.105 ±0,87

2,63.104 ±0,85

1,95.105 ±1,20

2,30.105 ±0,00

1,80.103 ±1,22

2,05.104 ±0,21

8,53.102 ±1,82

7 ден

6,20.105 ±0.57

4,23.105 ±1,24

2,23.104 ±0,51

3,90.104 ±1,45

7,35.105 ±0,71

1,50.103 ±0,71

3,30.104 ±0,42

1,10.102 ±0,10

10 ден

2,03.105 ±1,16

6,50.104 ±2,36

4,00.104 ±0,20

2,65.103 ±0,21

2,55.103 ±0,02

2,25.102 ±0,35

4,23.104 ±0,25

-

14 ден

8,25.106 ±0,35

3,27.104 ±0,31

5,20.104 ±1,71

8,0.103 ±0,57

-

1,00.102 ±0,00

6,60.103 ±0,57

-

21 ден

6,85.107 ±0,49

8,20.104 ±0,80

1,95.105 ±0,21

1,15.104 ±0,21

-

-

-

-

* Средна стойност. ** Стандартно отклонение

Таблица .2. Динамика на инактивиране на маркирани микроорганизми в компост от торова постеля от пилета-бройлери


Проба


Общ брой бактерии

Enteroco-ccus spp.

Грам (-)

аеробни бактерии



Pseudomonas spp. -общ брой

Staphylo-

coccus spp.-

общ брой



E. coli

маркирани



P.aeruginosa-маркирани

S. aureus

маркирани



Преди приб. на марк. б.

4,05.108* ±1,06**

6,10.107 ±0,96

2,80.104 ±0,57

7,00.104 ±1,11

4,03.105

±0,80


0,00 

0,00 

0,00 

7 ден

1,01.109 ±0,14

6,70.106 ±0,99

5,20.105 ±0,57

9,17.104 ±0,91

4,17.106

±0,39


1,83.105

±0,25


1,50.104

±0,14


1,20.103 ±0,28

14 ден

9,13.105 ±0,78

6,37.105 ±0,65

1,10.104 ±1,24

1,97.103 ±1,29

5,80.103

±0,60


9,10.103

±0,85


2,60.103

±0,85


1,87.103 ±0,70

21 ден

2,25.106 ±2,23

3,90.104 ±1,08

1,70.102 ±0,14

2,80.102 ±0,28

11,85.104

±3,04


 0,00

0,70.102 ±0,13

0,00 

4 седм.

8,50.107 ±0,99

3,03.104 ±0,31

7,03.103 ±0,47

4,50.104 ±2,61

1,25.105

±0,35


0,00 

7,35.103

±0,21


 0,00

6 седм.

1,65.108 ±0,21

5,60.104 ±0,60

9,40.105 ± 0,57

2,00.104 ±0,87

2,40.105

±0,28


0,00 

0,00 

 0,00

* Средна стойност. ** Стандартно отклонение

Таблица .3 .Динамика на инактивиране на маркирани микроорганизми в компост от птича торова постеля, обработен с СаО

Проба


Общ брой бактерии

Enteroco-ccus spp.

Грам (-)

аеробни бактерии



Pseudomonas spp. -общ брой

Staphylo-

coccus spp.-

общ брой



E. coli

маркирани



P.aeruginosa-маркирани

S. aureus

маркирани



Преди приб. на марк. б.

2,45.108* ±0,35**

2,40.107 ±0,80

5,85.104 ±0,89

3,05.104 ±0,75

2,80.105 ±0,85

0,00

0,00

0,00

2,5 ч.

1,25.107 ±0,35

0,90.107 ±0,10

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

7 ден

2,40.105 ±0,57

1,21.106 ±2,90

3,90.105 ±2,40

1,75.103 ±0.25

4,85.104 ±0,21

1,50.104 ±0,71

7,90.102 ±0,42

6,50.102 ±0,34

14 ден

1,10.104 ±0,00

0,00

0,60.102 ±0,42

0,00

1,09.104 ±1,56

0,60.102 ±0,00

0,00

0,00

21 ден

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

* Средна стойност. ** Стандартно отклонение





Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница