Возможность использования отходов табачной промышленности в качестве органического удобрения

Введение. Снижение загрязнения окружающей среды за счёт сокращения сбрасывания в природную среду всех видов промышленных отходов, а также создания безотходных технологий приобретает в последнее время особую значимость. Многие развитые страны в мире, особенно это касается Японии, США, Германии, Прибалтийских стран, успешно решают все эти задачи [1].

В табачной отрасли Российской Федерации эта проблема особо актуальна, так как при ежегодном производстве порядка 410 млрд шт. сигарет промышленных отходов образуется свыше 15 тыс. тонн [2, 3].

Технологический процесс на табачных фабриках состоит из трех потоков -подготовки табачного сырья, изготовления сигарет, изготовления папирос. Он сопровождается накоплением большого количества отходов [1]. К отходам табачного производства относится фарматура или обрывки табачных листьев, до 20 см², а также волокно после переработки брака сигарет и штранга. Данные отходы могут быть возвращены в производство без дополнительной обработки и называются возвратными. К невозвратным относят срезы главной жилки листа, мелочь и пыль. Основную долю (около 87%) в структуре отходов табачной промышленности занимает табачная пыль [3].

Вопрос об использовании и утилизации отходов стоит давно и в настоящее время актуален. Частично он реализуется при производстве восстановленного табака для повторного использования в изготовлении сигарет, а также при получении из табачных отходов продуктов, используемых в некурительных целях [4].

Производство восстановленного табака на специально построенном заводе в г. Елец Липецкой области частично решил вопрос использования отходов, т.к. на завод принимаются только возвратные отходы - срезы жилок и табачная мелочь. Основная часть невозвратных отходов - пыль, имеющая в своём составе до 50% минеральных примесей, приёмке не подлежит, поэтому проблема утилизации отходов в России осталась нерешённой.

Согласно действующим на территории РФ нормативным документам табачная пыль относится к 3 классу опасности - умеренно опасные. Захоронение таких отходов производится на специальных полигонах ТБО, однако из-за повышенной взрывоопас-ности при больших скоплениях размещение её ограничено. Кроме того, в связи с вступлением в ВТО требования при утилизации табачных отходов производства 1 -3 классов опасности ужесточаются [5].

В связи с этим продолжаются исследования по изысканию и внедрению безопасных способов переработки пыли, исключающих её самовоспламенение при длительном хранении на полигонах. Кроме того, существует множество направлений, в которых табачная пыль может эффективно использоваться, и одним из главных потребителей является медицина.

Отходы табачного производства как основной источник витамина РР (Pellagra Preventive - предупреждающий пеллагру) или никотиновая кислота была впервые выделена из никотина. Сейчас её получают синтетическим путём [1]. Из пыли также извлекают яблочную и лимонную кислоты. Известны способы получения и очистки табачной смолы, которую возможно использовать для улучшения курительных свойств табачных изделий или при изготовлении продукции парфюмерной промышленности. Разработаны различные методы использования табачной пыли в качестве источника биоэнергии, изготовления горшочков для рассады [6], а также в качестве инсектицида [3, 7].

Использование табака для борьбы с вредителями датируется серединой 19 века и связано с обнаружением токсических свойств никотина. В настоящее время табак и его отходы, в том числе и табачную пыль, применяют для приготовления настоев, отваров, опыливания и окуривания вредных объектов.

Государственным каталогом... (2012) табачная пыль разрешена для применения в личных подсобных хозяйствах на капусте, луке, редьке, редисе, а также на цветочных, ягодных и плодовых культурах против сосущих и грызущих фитофагов. Разработан препарат на зольно-табачной пыли - Табазол, применяющийся как отпугивающий инсектицид для борьбы с садово-огородными вредителями [8]. Обладая выраженными инсектицидными свойствами, табачная пыль губительно действует на вредителей и не представляет серьёзной опасности для теплокровных и человека.

За рубежом табачное растение, применяемое для борьбы с вредителями, становится объектом рекламы в рамках кампании, направленной против курения. Так, на Филиппинах табачную пыль начали использовать для защиты рыбы от моллюсков-паразитов. Помимо моллюскоцидных свойств установлено ростостимулирующее воздействие табачной пыли на водоросли [9]. Канадские учёные предлагают бороться табачным пестицидом не только с колорадским жуком, но и с патогенными грибами, такими как Streptomycesscabies,Clavibactermichiganensis и Pythiumultimum [10].

Интересной показана возможность использования табачной пыли в качестве органического удобрения, как посредством биокомпостирования [5], так и в чистом виде. В сельском хозяйстве применяют многие виды нетрадиционных удобрений, в том числе табачную и махорочную пыль, табачные листья после извлечения никотина. Все они разрешены к применению в сельском хозяйстве без ограничений при норме внесения 2-6 т на гектар пашни [11].

В данном случае табачная пыль может рассматриваться как источник биоген-ньгх элементов. Содержание азота (1,84-2,3%), фосфора (0,24-0,37%) и калия (2,143,72%) в пыли сопоставимо с содержанием в подстилочном навозе на соломенной основе. Значительная часть соединений азота представлена подвижными, легкодоступными соединениями, что положительно сказывается на питании растений. Наличие в пыли токсикантов (свинец, кадмий, цинк и медь) при традиционных нормах внесения не влияет на изменение баланса этих элементов в почве с учётом показателей ПДК и ОДК. Последние из перечисленных веществ (2и, Си) являются необходимыми для нормальной жизнедеятельности живых организмов [11].

Д.Г. Кротовым (2007) также получены данные по токсикологической оценке табачной пыли "методом проростков". В эксперименте изучали влияние вытяжки из табачной пыли в различной концентрации на энергию прорастания семян. При проращивании семян в вытяжке разведённой 1:50 (соотношение вода/табачная пыль 50:1) отмечено угнетающее действие пыли. В концентрации 1:100 и 1:1000 биометрические показатели по длине проростков и корешков, массе проростков были положительны с небольшим стимулирующим эффектом на развитие корневой системы. Отмечена также закономерность в снижении токсичности табачной пыли по мере хранения.

В ГНУ ВНИИТТИ начата работа по установлению влияния табачной пыли на биологическую активность почвы.

Материалы и методы исследования. Материалом для исследований являлись питательная смесь, табачная пыль, соответствующее лабораторное оборудование. Исследования проводились в парниковом хозяйстве института (г. Краснодар) в 2012 г. Площадь учётной делянки в парнике составляла 1 м², повторность - четырехкратная, расположение делянок - рендомизированное. Контролем в опыте служила длительно несменяемая питательная смесь с содержанием подвижных форм азота: аммиачного -3,9 мг, нитратного - 7,5 мг, подвижного фосфора - 20,2 мг, обменного калия - 5,2 мг на 100 г питательной смеси, рН находилась в пределах кислой и слабокислой (5,0 -6,0), нитрифицирующая способность составляла 4,9 мг 1Ч0₃^-на 100г почвы. Табачную пыль вносили в питательную смесь за 2 недели до посева табака в дозах 2 и 5 т/га и периодически её увлажняли. Почву для анализов отбирали перед посевом табака.

Определение количества нитратов и поглощенного аммония в питательной смеси рассадника проводили по методу Мещерякова [12], подвижного фосфора по Чирикову и обменного калия по Масловой [13]. Нитрифицирующую способность почв определяли по Кравкову (1975), активность целлюлозоразрушающих микроор-ганизмовпо Федорову (1963) [14, 15].

Результаты исследований и их обсуждение. Помимо химических и биологических средств ведётся постоянный поиск различных природных субстратов - органических удобрений, способных не только улучшить рост и развитие табака, но и снизить повреждение растений рассадными гнилями. В результате проведённых экспериментов установлено, что внесение в ризосферную зону табачной пыли способствует увеличению в сравнении с контролем содержания в питательной смеси подвижных форм азота: аммонийной формы - 1ЧН₄+ (на 8-26%), нитратной формы - 1Ч0₃^- (на 28-33%), фосфора (12-15%), обменного калия (246%) (таблица).

Среди определяющих показателей плодородия почвогрунтов большое значение имеет реакция почвенного раствора. Каждое растение предъявляет определённые требования к рН среды, но большая их часть, в том числе и табак, лучше произрастает при слабокислой реакции почвенного раствора. Не меньшую роль этот показатель играет и в жизни почвенных микроорганизмов. Внесение в питательную смесь табачной пыли способствует некоторому подкислению субстрата, что не очень благоприятно для табачных растений.

Известно, что биологическая активность почвы является одним из критериев оценки направленности почвообразовательных процессов и позволяет судить о состоянии плодородия почвы [16]. В связи с этим были проведены исследования по изучению важнейших показателей биологической активности субстрата: нитрифицирующая способность почвы и активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

Установлено, что внесение в питательную смесь табачной пыли существенно усиливает биологическую активность субстрата. Интенсивность процесса нитрификации (способность почвы превращать аммонийные соли в нитратные, которые являются преобладающей формой питания растений) была одинаково высокой на обоих вариантах с внесением пыли и составляла 11,0 -12,6 мг 1ЧО₃^-на кг питательной смеси (рис. 1). Наименьшая нитрифицирующая способность отмечена на контроле (без внесения субстрата), где созданы менее благоприятные условия для деятельности нитрифицирующих бактерий из-за недостатка органического вещества.

В аэробных условиях разложение целлюлозы ведут микроорганизмы разных таксономических групп: бактерии, грибы, актиномицеты. Наиболее ярко это выражено у целлюлозоразлагающих бактерий (ЦРБ), которые в результате воздействия на углеводы создают питательные вещества для других микробов. Стоит отметить, что табачная пыль может содержать в своём химическом составе до 7% углеводов [11].

Отмечено, что внесение в почвенный субстрат отходов табачного производства положительно повлияло на процесс разложения клетчатки. Активность целлюлозо-разрушающих микроорганизмов при внесении табачной пыли (200и 500 г/м ) составила соответственно дозам 30 и 53% (рис. 2, 3). Это в свою очередь способствовало улучшению роста и развития табачной рассады на данных вариантах.

В результате проведённЫх исследований установлено, что внесение в питательную смесь табачной пыли приводит к увеличению содержания подвижных форм азота, фосфора и обменного калия. Предварительные исследования показывают, что табачная пыль, применяемая в чистом виде в качестве органического удобрения, является эффективным средством, способствующим повышению нитрифицирующей и целлюлозоразрующей активности почвы.