Аэробное компостирование ТБО
Аннотация
Аэробное компостирование ТБО. Компостирование представляет собой биохимический процесс переработки способной к биотрансформации органической компоненты ТБО в компост – продукт подобный гумусу. Компостирование проводят с использованием кислорода, то есть в аэробных условиях. В отличие от анаэробного аэробное компостирование протекает быстрее, при более высоких температурах и без запаха. Оно отличается от естественного гниения или разложения отходов. Компостирование осуществляют, в основном, с использованием мезофильных и термофильных бактерий.
Содержание работы
Компостирование представляет собой биохимический процесс переработки способной к биотрансформации органической компоненты ТБО в компост – продукт подобный гумусу. Компостирование проводят с использованием кислорода, то есть в аэробных условиях. В отличие от анаэробного аэробное компостирование протекает быстрее, при более высоких температурах и без запаха. Оно отличается от естественного гниения или разложения отходов. Компостирование осуществляют, в основном, с использованием мезофильных и термофильных бактерий.
Эффективность компостирования зависит от влажности воздуха, отходов, температуры, величины pH среды, потребности кислорода, углерод–азотного баланса (отношения C/N) в отходах. Влажность отходов должна составлять 75–85 %.
Температура процесса зависит от вида микробов, осуществляющих компостирование. Для мезофильных микробов она равна 15–35 °С, а для термофильных – 45–65 °С. Оптимальный диапазон pH для большинства бактерий находится в пределах 6–7,5.
Потребность в кислороде зависит от температуры процесса, влажности отходов, состава бактерий, природы отходов и степени аэрации их воздухом.
Оптимальный предел отношения C : N в большинстве отходов в процессе компостирования падает от 25 до 1. Чем больше углеродно-азотный баланс отклоняется от оптимального (особенно для верхнего предела), тем медленнее протекает процесс.
Компостирование проводят в длинных невысоких штабелях на открытом воздухе или в заводских условиях в закрытых аппаратах (биобарабанах). Основными стадиями компостирования на заводах являются: сортировка отходов, дробление направляемой на компостирование их части, переработка последней в компост, хранение (вызревание) компоста перед отправкой потребителям.
Штабели для компостирования на открытом воздухе формируют из измельченных отходов. Они могут быть любой длины, но высота их не превышает 1,5–2 м. Аэрацию осуществляют периодически перемешиванием материала. В результате организованного таким образом перегнивания обеспечивают равномерное аэробное разложение отходов и ускорение образования компоста. Перемешивание устраняет анаэробное разложение материала, особенно при влажности. Избыточная влажность может являться следствием поступления дождевой воды. Частота перемешивания зависит от влажности отходов. Чем выше влажность, тем больше частота перемешивания. Чтобы компост не был влажным, предусматривают отвод избытка воды. В районах с частыми дождями над штабелями сооружают крыши или другие укрытия.
Для улучшения аэрации вместо перемешивания иногда используют принудительную подачу воздуха снизу штабеля через слой отходов. При этом измельченные отходы укладывают на сетки или перфорированные полы.
На мусороперерабатывающих заводах (МПЗ), работающих по технологии аэробного биотермического компостирования, из отходов извлекают лом черных и цветных металлов, которые можно использовать в качестве вторичного сырья в промышленности, обеспечивают механизацию всех основных технологических процессов и исключают непосредственный контакт персонала с необезвреженными отходами.
МПЗ имеют оборудование для трех технологических операций, обеспечивающих законченный цикл обезвреживания отходов: для приема и предварительной подготовки отходов; биотермического аэробного компостирования; окончательной обработки и складирования компоста.
На комплексных заводах предусматривают сжигание или пиролиз остатков (некомпостируемых фракций), образующихся при предварительной и окончательной обработке отходов.
Аэробное компостирование в биобарабанах характеризуется последовательно развивающимися во времени тремя фазами: фазой нарастания температуры, стационарной фазой высоких температур и фазой падения температуры.
Первая из них характеризуется усиленным размножением мезофильных микроорганизмов, оптимальная температура развития которых составляет 25–30 °С. Источником энергии для бактерий служат легко разлагаемые органические соединения, содержащиеся, в основном, в пищевых отходах (сахар, органические кислоты, белки). В процессе их жизнедеятельности выделяется тепловая энергия, способствующая нагреву компостируемой массы до температур более 50.
Вторая фаза характеризуется развитием термофильных бактерий, в результате жизнедеятельности которых увеличивается выделение тепла, ускоряются процессы переработки ТБО в компост (повышение температуры на каждые 10 интенсифицирует микробиологические процессы в 2–3 раза).
Третья фаза – медленное падение температуры – свидетельствует об исчерпании легкоразлагаемых органических соединений. На этой стадии термофильная микрофлора переходит в состояние спор, частично отмирая, а мезофильная – начинает вновь размножаться благодаря тому, что обладает более разнообразной и мощной ферментативной системой, при помощи которой разлагаются более стойкие органические соединения (клетчатка и лигнин). При обезвреживании бытовых отходов происходит не только распад органического вещества, но и его синтез, т. е. образование гуминовых соединений, улучающих качество органического удобрения. В цикле аэробного биотермического компостирования содержание органического вещества в компостируемом материале снижается (по сухой массе) на 16–26 %. Опыт эксплуатации МПЗ показал, что при поступлении на завод ТБО с температурой выше +5 °С их обезвреживание и переработка осуществлеются в биобарабанных за двое суток. При поступлении ТБО с температурой менее +5 °С для их обезвреживания и переработки требуется до 3-х суток. Непременным условием обезвреживания ТБО в биобарабанах является экспозиция компостируемой массы не менее 12 часов при температуре более 50 °С.
Требующаяся для биотермического процесса микрофлора имеется в необходимых количествах в ТБО. Активизацию ее жизнедеятельности обеспечивают за счет перемешивания ТБО при вращении биобарабанов и аэрации компостируемой массы. Используют два режима вращения биобарабанов: вращение в течение 12 часов со скоростью 1,1 об/мин, обеспечивающее загрузку и выгрузку, и последующее вращение в остальные 12 часов со скоростью 0,2 – 0,3 об/мин, обеспечивающее перемешивание компостируемой массы. Недостатком первого режима вращения является повышенная энергоемкость процесса, являющаяся следствием несоответствия производительности биобарабанов производительности последующего в технологической цепи оборудования.
Биотермическое аэробное компостирование может сопровождаться очаговым анаэробным процессом. Анаэробные явления могут быть связаны с недостаточной аэрацией отдельных зон биобарабанов или длительным складированием ТБО до их подачи в биобарабаны. В процессе анаэробного разложения выделяется индол, скатол и сероводород.
Компост, получаемый на МПЗ, используют в качестве биотоплива для теплиц или (после 2–3 месячной выдержки в штабелях) в виде органического удобрения. Он улучшает состав и структуру почвы и увеличивает количество в ней питательных веществ, так как представляет собой рыхлый продукт, в сухом веществе которого содержится (в процентах) азота – до 1, фосфора – 0,6, калия – 0,3, кальция – 2,5 и органического вещества – 60.
В результате многих исследований установлено, что компост безопасен для сельского хозяйства. Болезнетворные организмы, которые могут поступать с отходами, при образовании компоста под действием высоких температур и антибиотиков погибают. Однако смешанные городские отходы содержат большое количество микропримесей металлов, среди которых находятся сильно токсичные вещества, влияющие на здоровье людей. Недостатком компоста являются его сезонные использования и необходимость длительного хранения, что требует больших земельных участков. Из–за небольшого содержания питательных веществ транспортирование компоста на большие расстояния экономически нецелесообразно.
Список использованной литературы
1. Lieberth J. Greenhouse Industry Survey Reveals / J. Lieberth // The American Vegetable Grower and Greenhouse Grower – 1982. – Pp. 120.
2. Аверин Г. В., Кишкань Р. В. Доклад о состоянии окружающей природной среды города Донецка в 2006–2007 годах / Г. В. Аверин, Р. В. Кишкань // Издательство Радянська Донеччина – 2008. – С. 112 .
3. Oliver Jr. The Aspergillus Fumigatus Problem / Jr. Oliver // Composting Theory and Practice for City, Industry, and Farm Press – 1998. – p. 296.
Источник
Процессы, происходящие при компостировании.
Приготовление компоста. Анаэробный и аэробный типы разложения. Соотношение углерода и азота. Как правильно заложить компостную кучу. 
Компост – удобрение, получаемое в результате микробного разложения органических веществ.
Компост применяют почти все садоводы, независимо от того, какой агротехники они придерживаются, копают ли почву, или только рыхлят её, применяют минеральные удобрения, или обходятся без них.
Почти в любом саду, и огороде, есть куча, или яма, для переработки отходов с кухни и садового мусора. Кто-то для компостирования строит всевозможные ящики, барьеры, используя металлические сетки, доски, шифер – любой материал, ограждающий место, приспособленное для компостирования органических отходов.
Получаемый компост, имеет рыхлую, воздухопроницаемую структуру и обогащен всеми элементами питания, необходимыми растениям. По сути, компост в саду – это очень хорошо!
И почти каждый садовод, считает себя специалистом в этом деле, но некоторые просто не задумываются, что компост можно приготовить различными способами: «Что тут трудного? Накидал в кучу сорняков, травы, вывалил туда же кухонные отходы, полил, и жди, пока всё это не перегниёт!»
В общем-то, правильно. Но хотелось бы чуть подробнее разобраться с биологическими процессами, протекающими при разложении органики, чтобы компостирование в огороде проходило не спонтанно, а по запланированному сценарию.
Анаэробное компостирование
Его же называют «холодным», протекает при температурах 15 – 35°С, при участии микроорганизмов анаэробов, получающих энергию при отсутствии доступа кислорода.
Компостную кучу при таком компостировании трамбуют, закрывают плёнкой, или закладывают в ямы. Но, от подобного метода компостирования лучше отказаться. Почему?
Существенным недостатком этого метода считается медленное разложение органики, а сам процесс гниения при недостатке кислорода может приобрести вредное для растений направление, провоцируя развитие грибков, в том числе, патогенных.
При анаэробном брожении углерод, присутствующий в ферментирующихся материалах, превращается не в углекислый газ, как при аэробном брожении, а в метан. Отсюда и неприятный запах. В природе этот процесс происходит на дне болот, а в компостных кучах может возникнуть при высокой влажности компоста.
Аэробное компостирование
Более быстрое, протекает при более высоких температурах, без неприятного запаха. Большинство садоводов предпочтение отдают аэробному компостированию, то есть, с доступом воздуха.
Хотя надо признать, что в компостной куче и аэробный, и анаэробный процессы протекают одновременно. Если в верхних слоях компостной кучи больше кислорода (воздуха), то, соответственно там будет преобладать аэробное компостирование.
Аэробное брожение происходит в природе в широких масштабах и является доминирующим способом, при котором отходы с полей и лесов превращаются в перегной, полезный для почв и их обитателей.
Поэтому и садоводы чаще всего стремятся использовать именно этот метод, систематически перемешивая (перекладывания) разлагающуюся органику в куче, чтобы обеспечить её воздухом.
Бывает, что компостная масса нагревается порой до 70° С, как бы, «перегорает». Радоваться таким температурам, или нет?
Существует мнение, что горячее компостирование ведёт к уничтожению патогенных организмов, а так же, к тому, что семена сорной травы, попавшие в компостную кучу, теряют всхожесть.
Как показали опыты, семена, прошедшие тепловую обработку в компостной куче, частично всё же всходят, поэтому закладывая траву для компостирования, следует избегать сбора сорняков после их цветения.
Более детально о самом процессе компостирования
На первом этапе все присутствующие микробы принимают участие в переработке отходов. В это же время идёт интенсивный процесс окисления, то есть, взаимодействие с кислородом, при котором выделяется тепло.
Самый яркий и быстрый пример окисления, как химического процесса – горение. Что касается разложения органики, это окисление медленное, и тепло (энергия) при этом процессе выделяется медленно.
Но что в это время происходит с микроорганизмами? Они, ведь погибнут от повышенной температуры? Дело в том, что существует ряд, так называемых, термофильных бактерий, которые развиваются при высоких температурах, (выше 50, до 90° С, в зависимости от видов).
Оболочка клетки термофилов обладает устойчивостью к действию температуры. Это обусловлено ее строением и химическим составом. Именно эти бактерии и продолжают свою работу, именно они разогревают компостную кучу до критической температуры, при которой остальные микроорганизмы прекращают свою деятельность.
Часть микроорганизмов погибает, а часть переходит в неактивную форму (цисты), чтобы сохраниться, как вид. Циста (от греч. kystis — пузырь), временная форма существования многих одноклеточных растений и животных. Имеет защитную оболочку, которая также называется цистой.
Некоторые простейшие могут существовать в неблагоприятных условиях в форме цисты несколько лет.
Позже активность термофилов снизится, так же, как и температура в самой компостной куче. Бактерии, уснувшие в цистах, оживут и продолжат свою работу. При благоприятных показателях температуры и влажности новые микроорганизмы заселят компост и продолжат процесс разложения компонентов компостной кучи.
Из вышеизложенного следует, что высокие температуры, действительно, частично могут уничтожить определённые виды микроорганизмов – и вредные, и полезные.
Но, патогенные микробы лучше переносят неблагоприятные условия, поэтому утверждение, что горячее компостирование обеззараживает компост, не вполне правомерно.
Многие опытные садоводы делают компостные кучи, небольшими, невысокими, чтобы нагревание в них не было столь сильным. Такие кучи быстрее заселяются червяками, что в свою очередь ведёт к получению более ценного и питательного компоста.
Закладывая органику для компостирования, стоит учесть ещё одно обстоятельство.
Органика – это не что иное, как соединение различных химических элементов с углеродом.
Кроме углерода большое значение в природе играет азот – важный строительный материал для аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и других соединений.
А органические материалы, которые мы используем для компостирования, содержат в себе и углерод, и азот и характеризуются соотношением этих химических элементов.
Так, например, в опилках примерное соотношение углерода к азоту: С/N =500/1
в соломе С/N =100/1
в листве С/N =50/1;
в газонной траве С/N =15/1
в овощных отходах С/N =13/1
навозном компосте С/N =10/1
Значит, компост, полученный в результате разложения травы, будет более насыщен азотом, чем компост, полученный с преобладанием опилок.
Поэтому, закладывая компостную кучу, следует чередовать, или перемешивать азотистые компоненты, с компонентами углеродистыми.
То есть, опилки неплохо перемешать, с навозом, а овощные отходы переложить сухой листвой, и т. п. Ветки деревьев обязательно следует измельчать, траву измельчать, по возможности.
Чем мельче компоненты, тем быстрее будет протекать процесс разложения.
Что обычно закладывают в компостную кучу?
Слои компонентов желательно пересыпать древесной золой тогда компост будет более питательным.
Через слой 25-35 сантиметров добавляют немного земли «для закваски».
Каждый слой желательно пролить ЭМ – препаратом, это существенно ускорит процесс компостирования. Через 5 – 10 дней кучу, по возможности, перемешивают, а при высыхании, увлажняют.
Если садоводу недоступны ЭМ — препараты, для ускорения компостирования нужно заложить немного готового компоста, насыщенного микроорганизмами. Если нет и такой возможности, следует использовать закваску, из травы, навоза, земли с грядки. Ну, а можно ничего не добавлять, воспользовавшись правилом «И так сойдёт!», но тогда зрелый компост будет получен в более поздние сроки.
Компостирование позволяет получить ценное органическое удобрение и утилизировать отходы, которые становятся безвредными для окружающей среды.
«Быстрое приготовление компоста. Компост за один сезон делают личинки» — ТУТ.
Хотя есть противники, которые называют работу с компостными кучами лишней работой. Они считают (и небезосновательно), что микробы должны работать непосредственно на грядках, что разложение органики, при котором выделяется углекислый газ, не должен улетучиваться в атмосферу, он должен поглощаться культурными растениями. А потому более правильным решением было бы компостировать органику непосредственно в грядках, покрывая их (мульчируя) органическими отходами.
Но, не будем спорить. Каждый садовод имеет право на свою точку зрения. По моему мнению, в огороде должно присутствовать и то, и другое. То есть, компост, будет применяться весной, при высадке рассады и севе семян, а грядки, согласен, будем мульчировать органикой.
© Алексей Попов.(2013) — страница автора.
Источник