Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов ТБО. В настоящее время масса потока ТБО поступающего ежегодно в биосферу достиг почти геологического масштаба и составляет около 400 млн. Учитывая что существующие свалки переполнены необходимо найти новые способы борьбы с ТБО. В настоящее время реализованные в мировой практике технологии переработки ТБО обладают рядом недостатков основным из которых является их неудовлетворительная экологическая...
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
Введение……………………………………………………………………………3
Заключение……………………………………………………………………….21
Список использованной литературы……………………………………….......22
Введение
Жизнедеятельность человека связана с появлением огромного количества разнообразных отходов. Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объемов образования твердых бытовых отходов (ТБО). В настоящее время масса потока ТБО, поступающего ежегодно в биосферу достиг почти геологического масштаба и составляет около 400 млн. тонн в год.
Твердые промышленные и бытовые отходы (ТП и БО) засоряют и захламляют окружающий нас природный ландшафт, а также являются источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов в окружающую природную среду. Это создает определенную угрозу здоровью и жизни населения поселка, города и области, и целым районам, а также будущим поколениям. То есть, эти ТП и БО нарушают экологическое равновесие. С другой стороны ТП и БО следует рассматривать как техногенные образования, которые нужно промышленно-значимо характеризовать содержанием в них ряда черных, цветных металлов и других материалов, пригодных для использования в металлургии, машиностроении, энергетике, в сельском и лесном хозяйстве.
Сделать производство безотходным невозможно так же, как невозможно сделать безотходными и потребление. В связи с изменением промышленного производства, изменения уровня жизни населения, увеличения услуг рынка значительно изменился качественный и количественный состав отходов. Запасы некоторых малоликвидных отходов, даже при современном спаде производства в России, продолжают накапливаться, ухудшая экологическую ситуацию городов, районов.
Решение проблемы переработки ТП и БО приобретает за последние годы первостепенное значение. Кроме того, в связи с грядущим постепенным истощением природных источников сырья (нефти, каменного угля, руд для цветных и черных металлов) для всех отраслей народного хозяйства приобретает особую значимость полное использование всех видов промышленных и бытовых отходов. Многие развитые страны практически полностью и успешно решают все эти задачи. Особенно это касается Японии, США, Германии, Франции, Прибалтийских стран и многих других. В условиях рыночной экономики перед исследователями и промышленниками, перед муниципальными властями выдвигается необходимость обеспечить максимально возможную безвредность технологических процессов и полное использование всех отходов производства, то есть приблизиться к созданию безотходных технологий. Сложность решения всех этих проблем утилизации твердых промышленных и бытовых отходов (ТП и БО) объясняется отсутствием их четкой научно-обоснованной классификации, необходимостью применения сложного капиталоемкого оборудования и отсутствием экономической обоснованности каждого конкретного решения.
Во всех развитых странах мира потребитель давно "диктует" производителю тот или иной вид упаковок, что позволяет налаживать безотходный оборот их производства.
В 2001 году был проведен социологический опрос, который показал, что 64% граждан страны готовы раздельно собирать мусор без всяких условий. Учитывая, что существующие свалки переполнены, необходимо найти новые способы борьбы с ТБО. Эти способы должны сильно отличаться от сжигания, так как мусоросжигательные заводы крайне опасны.
В настоящее время реализованные в мировой практике технологии переработки ТБО обладают рядом недостатков, основным из которых является их неудовлетворительная экологическая проработка, связанная с образованием вторичных отходов, содержащих высокотоксичные органические соединения, и с высокой ценой переработки. Это связывается главным образом с отходами, содержащими хлорорганические вещества, и выделяющими высокотоксичные органические соединения (диоксины и т.п.). Диоксинобразующими компонентами ТБО являются такие материалы, как картон, газеты, пластмассы, изделия из поливинилхлорида и т.д. Рассмотрим один из процессов переработки твердых бытовых отходов.
1. Компостирование
Компостирование - это технология переработки отходов, основанная на их естественном биоразложении. Наиболее широко компостирование применяется для переработки отходов органического - прежде всего - растительного - происхождения, таких как листья, вегки и скошенная трава.
Во всем мире компостирование отходов ТБО, помета, навоза и органических отходов является наиболее распространенным методом обработки отходов животноводческого производства. И для этого есть веские причины, ведь этот способ переработки отходов способен решать такие проблемы, как неприятный запах, скопление насекомых и сокращение количества болезнетворных микроорганизмов, улучшить плодородность почв, рекультивировать полигоны ТБО и т.д.
В России компостирование с помощью компостных ям часто применяется населением в индивидуальных домах или на садовых участках. В то же время процесс компостирования может быть централизован и проводиться на специальных площадках. Существует несколько технологий компостирования, различающихся по стоимости и сложности. Более простые и дешевые технологии требуют больше места и процесс компостирования занимает больше времени.
Основными компонентами для компостирования являются : торф, навоз, навозная жижа, птичий помет, опавшие листья, сорная трава, стерня, пищевые отходы, растительные отходы, древесные опилки, твердые муниципальные отходы: бумага, опилки, тряпье, отходы сточных вод.
1.1 Процесс компостирования
Компостирование отходов заключается в том, что в органической массе повышается содержание доступных растениям элементов питания (азота, фосфора, калия и других), обезвреживаются патогенная микрофлора и яйца гельминтов, уменьшается количество целлюлозы, гемицеллюлозы и пектиновых веществ. Кроме того, в результате компостирования, удобрение становится сыпучим, что облегчает внесение его в почву. При этом, по своим удобрительным свойствам компост ни сколько не уступает навозу, а некоторые виды компоста даже превосходят его.
Таким образом, компостирование отходов позволяет не только вовремя и без лишней головной боли избавляться от фекалий и отходов, но одновременно получать из них качественное удобрение.
Важно помнить, что компостированию не подлежат больничные отбросы, субпродукты из ветлабораторий, примеси ядохимикатов, радиоактивных, дезинфицирующих и других токсических веществ.
Компостирование отходов может быть ускоренно с использованием передовых технологий и оборудования для компостирования. При этом устройства для компостирования отходов должны отвечать довольно высоким современным экологическим требованиям. Специалисты ABONO Group проектируют полигоны для компостирования, разрабатывают технологии и поставляют полный комплект оборудования для компостирования.
2. Различные технологии компостирования
Минимальная технология. Компостные кучи 4 метра в высоту и 6 метров в ширину. Переворачиваются раз в год. Процесс компостирования занимает от одного до трех лет в зависимости от климата. Необходима относительно большая санитарная зона.
Технология низкого уровня . Компостные кучи 2 метра в высоту и 3-4 в ширину. В первый раз кучи переворачиваются через месяц. Следующее переворачивание и формирование новой кучи через 10-11 месяцев. Компостирование занимает 16-18 месяцев.
Технология среднего уровня. Кучи переворачиваются ежедневно. Компост готов через 4-6 месяцев. Капитальные и текущие затраты выше.
Технология высокого уровня. Требуется специальная аэрация компостных куч. Компост готов уже через 2-10 недель.
Технология высокого уровня . Требуется специальная аэрация комностных куч. Компост готов уже через 2-10 недель.
Конечным продуктом компостирования является компост, который может найти различные применения в городском и сельском хозяйстве.
Возможные рынки сбыта компоста: садовые участки; предприятия; питомники; теплицы; кладбища; предприятия сельского хозяйства; ландшафтное строительство; общественные парки; придорожные полосы; рекультивация земель; покрытие свалок; рекультивация горных разработок; рекультивация городских пустырей.
Компостирование, применяемое в России на механизированных мусороперерабатывающих заводах, например, в Санкт- Петербурге, представляет из себя процесс сбраживания в биореак- горах всего объема ТБО, а не только его органической составляющей. Хотя характеристики конечного продукга могут быть значительно улучшены пучем извлечения из отходов металла, пластика и т.д., все же он представляет собой достаточно опасный продукт и находит очень ограниченное применение (на Западе такой «компост» применяют только для покрытия свалок).
2.1 Полевое компостирование ТБО
Наиболее простым и дешевым методом утилизации ТБО является полевое компостирование. Его целесообразно использовать в городах с населением свыше 50 тыс. жителей. Правильно организованное полевое компостирование обеспечивает защиту почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнения ТБО. Технология полевого компостирования позволяет производить совместное обезвреживаение и переработку ТБО с обезвоженным осадком сточных вод (в соотношении 3:7), получаемый при этом компост содержит больше азота и фосфора.
Существует две принципиальные схемы полевого компостирования:
С предварительным дроблением ТБО;
Без предварительного дробления.
При использовании схемы с предварительным дроблением ТБО для измельчения отходов используют специальные дробилки.
Во втором случае (без предварительного дробления) измельчение происходит за счет многократного перелопачивания компостируемого материала. Неизмельченные фракции отделяют на контрольном грохоте.
Установки полевого компостирования, оснащенные дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства. ТБО измельчают молотковыми дробилками или небольшими биотермическими барабанами (частота вращения барабана 3,5 мин1). Барабан обеспечивает достаточное измельчение ТБО за 8001200 оборотов (46 ч). После такой обработки 6070 % материала проходит через сито обечайки барабана с отверстиями диаметром 38 мм.
Сооружения и оборудование полевого компостирования должны обеспечить прием и предварительную подготовку ТБО, биотермическое обезвреживание и окончательную обработку компоста. ТБО разгружают в приемный буфер или на выровненную площадку. Бульдозером, грейферным краном или специальным оборудованием формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического компостирования.
Высота штабелей зависит от метода аэрации материала и при использовании принудительной аэрации может превышать 2,5 м. Ширина штабеля поверху не менее 2 м, длина 1050 м, угол заложения откосов равен 45°. Между штабелями оставляют проезды шириной 36 м.
Для предотвращения развеивания бумаги, выплода мух, устранения запаха поверхность штабеля покрывают изолирующим слоем торфа, зрелого компоста или земли толщиной 20 см. Выделяющееся под влиянием жизнедеятельности термофильных микроорганизмов тепло приводит к «саморазогреванию» компостируемого материала. При этом наружные слои материала в штабеле служат теплоизоляторами и сами разогреваются меньше, в связи с чем для надежного обезвреживания всей массы материала штабеля необходимо перелопачивать. Кроме того, перелопачивание способствует лучшей аэрации всей массы компостируемого материала. Продолжительность обезвреживания ТБО на площадках компостирования составляет 1 - 6 мес. в зависимости от используемого оборудования, принятой технологии и сезона закладки штабелей.
При весенне-летней закладке недробленых ТБО температура в шатбеле компостируемого материала через 5 дней поднимается до 6070 °С и удерживается на таком уровне две-три недели, затем снижается до 4050 °С. В течение следующих 34 мес. температура в шатбеле уменьшается до 3035 °С.
Перелопачивание способствует активизации процесса компостирования, через 46 дней после перелопачивания температура на несколько дней снова повышается до 6065 °С.
При осенне-зимней закладке температура в течение первого месяца поднимается только в отдельных очагах, а затем, по мере саморазогрева (1,52 мес.) температура штабеля достигает 50 60 °С и остается на таком уровне в течение двух недель. Затем в течение 2 3 месяцев температура в штабеле удерживается на уровне 20 30 °С, а с наступлением лета повышается до 30 40 °С.
В процессе компостирования активно снижается влажность материала, поэтому для ускорения биотермического процесса помимо перелопачивания и принудительной аэрации необходимо производить увлажнение материала.
Принципиальные схемы сооружений полевого компостировния ТБО приведены на рис. 2.5.
На рис. 1, а, б, в, г представлены схемы с предварительным измельчением ТБО, а на рис. 1, д обработка перенесена в конец технологической линии. На рис. 1, а, б, в ТБО разгружают в приемные бункера, оснащенные пластинчатым питателем, на рис. 1, г в траншеи с последующим извлечением их грейферным краном. На рис. 1, а, б, г измельчение ТБО осуществляют в дробилке с вертикальным валом, на рис. 1, в - в горизонтальном вращающемся биобарабане.
На рис. 1, а измельченные ТБО смешиваются с обезвоженным осадком сточных вод и затем направляются в штабеля, где они находятся в течение нескольких месяцев. За время компостирование материал несколько раз перелопачивается.
Технологическая схема компостирования в две стадии представлена на рис. 1,б. В течение первых десяти дней биотермический процесс происходит в закрытом помещении, разделенном подпорными продольными стенками на отсеки. Компостируемый материал каждые два дня перегружают специальной подвижной установкой из одного отсека в другой. Для активизации биотермического процесса через отверстия, расположенные в основании отсеков, производят принудительную аэрацию компостируемого материала.
Из закрытых отсеков компостируемый материал после грохочения перегружают на открытую площадку, где он дозревает в штабелях в течение 2 3 мес.
Схема, изображенная на рис. 1, в, отличается от остальных тем, что в качестве дробилки в ней используют биобарабан.
В схеме, показанной на рис. 1, г, используют двойное грохочение материала. Измельченный в дробилке материал при первичном грохочении разделяют на две фракции: крупную, направляемую на сжигание, и мелкую, направляемую на компостирование. Компостирование осуществляют в лотке, расположенном на открытой площадке. Лоток разделен продольными стенками на секции и оснащен установкой для перегрузки компостируемого материала в соседние секции. Зрелый компост подвергают повторному (контрольному) грохочению, после чего отправляют потребителю.
При отсутствии дробилки для ТБО может быть применена схема, изображенная на рис. 1, д, в которой грохочение, дробление и магнитная сепарация происходят в конце технологического цикла.
Простейшими и наиболее распространенными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны. Современные полигоны ТБО это комплексные природоохранные сооружения, предназначенные для обезвреживания и захоронения отходов. Полигоны должны обеспечивать защиту от загрязнения отходами атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствовать распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.
Рис.1 принципиальные схемы сооружений полевого компостирования ТБО:
а)совместная переработка ТБО и осадкосточных вод
б)двухстадийное компостирование ТБО
в)схема с предварительной обработкой ТБО в бнобарабане
г)схема с компостированием в открытых отсеках и предварительным грохочением ТБО
д)компостирование недробленых ТБО
1 приемный бункер с пластинчатым питателем; 2 дробилка для ТБО; 3 подвесной электромагнитный сепаратор; 4 подача осадков сточных вод; 5 смеситель; 6 штабеля; 7 грейферный кран; 8 закрытое помещение для первой стадии компостирования; 9 подвижная установка для перелопачивания и перегрузки компоста; 10 продольные подпорные стенки; 11 аэраторы; 12 контрольный грохот для компостера; 13 биобарабан; 14 первичный грохот для дробленных ТБО; 15 цилиндрический контрольный грохот; 16 дробилка для компоста.
Рис. 2 принципиальная схема устройства полигона ТБО.
Полигоны строят по проектам в соответствии со СНиП. Схема конструктивных элементов полигона представлена на рис. 2
Дно полигона оборудуется противофильтрационным экраном подложкой. Он состоит из глины и других водонепроницаемых слоев (битумогрунт, латекс) и предотвращает попадание фильтрата в грунтовые воды. Фильтрат жидкость, содержащаяся в отходах, она стекает вниз, на дно полигона, и может просачиваться через его борта. Фильтрат минерализованная жидкость, содержащая вредные вещества. Собирается фильтрат с помощью дренажных труб и отводится в резервуар для обезвреживания. Ежедневно в конце рабочего дня отходы покрываются специальным материалом и слоями грунта, а затем уплотняются катками. После заполнения секции полигона отходы покрываются верхним перекрытием.
Продуктом анаэробного разложения органических отходов является биогаз, представляющий собой в основном смесь метана и углекислого газа. Система сбора биогаза состоит из нескольких рядов вертикальных колодцев или горизонтальных траншей. Последние заполнены песком или щебнем и перфорированными трубами.
Все работы на полигонах по складированию, уплотнению, изоляции ТБО и последующей рекультивации участка должны быть полностью механизированы.
Полигоны ТБО должны обеспечивать охрану окружающей среды по шести показателям вредности:
1. Органолептический показатель вредности характеризует изменение запаха, привкуса и пищевой ценности фитотест-растений на прилегающих участках действующего полигона и территорий закрытого полигона, а также запаха атмосферного воздуха, вкуса, цвета и запаха грунтовых и поверхностных вод.
2. Общесанитарный показатель отражает процессы изменения биологической активности и показателей самоочищения почвы прилегающих участков.
3. Фитоаккумуляционный (транслокационный) показатель характеризует процесс миграции химических веществ из почвы близлежащих участков и территории рекультивированных полигонов в культурные растения, используемые в качестве продуктов питания и фуража (в товарную массу).
4. Миграционно-водный показатель вредности выявляет процессы миграции химических веществ фильтрата ТБО в поверхностные и подземные воды.
5. Миграционно-воздушный показатель отражает процессы поступления выбросов в атмосферный воздух с пылью, испарениями и газами.
6. Санитарно-токсикологический показатель суммарно характеризует эффект влияния факторов, действующих в комплексе.
Недостатком такого способа утилизации отходов является то, что наряду с образующимся в толще полигона фильтратом, являющимся основным загрязнителем природной среды, в атмосферу попадают токсичные газы, которые не только загрязняют воздушное пространство вблизи полигона, но и отрицательно влияет на озоновый слой земли. Кроме того, при захоронении на полигонах теряются все ценные вещества и компоненты ТБО.
Основной целью компостирования являются обеззараживание ТБО (в результате саморазогрева до 60-70 о C происходит уничтожение возбудителей болезней) и переработка в удобрение компост за счёт биохимического разложения органической части ТБО микроорганизмами. Применение компоста в качестве удобрения в сельском хозяйстве позволяет повысить урожайность выращиваемых культур, улучшить структуру почвы и увеличить содержание гумуса в ней. Весьма существенным является и то, что при компостировании в атмосферу выделяется меньшее количество «парниковых» газов (прежде всего диоксида углерода), чем при сжигании или вывозе на свалки. Основной недостаток компоста высокое содержание в нём тяжелых металлов и других токсичных веществ
Оптимальными условиями компостирования являются: рН от 6 до 8, влажность 4060%, а вот ранее применяемое время компостирования 25-50 ч. оказалось недостаточным. В настоящее время компостирование осуществляется в специальных закрытых бассейнах или тоннелях в течение месяца
Переработка ТБО в компост в небольших масштабах (1-3% от общей массы отходов) осуществляется в ряде стран (Нидерланды, Швеция, Германия, Франция, Италия, Испания и др.). Часто компостируется выделенная из ТБО органическая часть, менее загрязнённая цветными металлами, чем все отходы. Наиболее широко компостирование ТБО было распространено во Франции, где в 1980 г. действовало 50 установок для компостирования, а также 40 комбинированных установок по сжиганию и компостированию. В США компостирование практически не получило распространения. В Японии этим методом перерабатывается около 1,5% ТБО. В СССР был построен ряд заводов по компостированию ТБО в биобарабанах (в Москве, Ленинграде, Минске, Ташкенте, Алма-Ате). Большинство из них уже не функционирует.
Хорошо работал комбинированный (компостирование и пиролиз) завод по переработке ТБО в Ленинградской области. Комплекс завода состоял из приёмного, биотермического и дробильно-сортировочного отделений, склада готовой продукции и установки для пиролиза некомпостируемой части отходов.
Технологической схемой предусматривалась разгрузка мусоровозов в приемные бункера, из которых пластинчатыми питателями или грейферными кранами отходы подавались на ленточные конвейеры, а затем - во вращающиеся биотермические барабаны
В биобарабанах при постоянной подаче воздуха происходила стимуляция жизнедеятельности микроорганизмов, результатом которой являлся активный биотермический процесс. В ходе этого процесса температура отходов повышалась до 60
о
C, что способствовало гибели болезнетворных бактерий.
Компост представлял собой рыхлый продукт без запаха. В расчете на сухое вещество компост содержал 0,5-1% азота, 0,3% калия и фосфора и 75% органического гумусного вещества.
Просеянный компост проходил магнитную сепарацию и направлялся в дробилки для измельчения минеральных составляющих, а затем транспортировался на склад готовой продукции. Выделенный металл прессовался. Отсеянная некомпостируемая часть ТБО (кожа, резина, дерево, пластмасса, текстиль и т. д.) направлялась на установку пиролиза.
Технологической схемой этой установки предусматривалась подача некомпостируемых отходов в бункер-накопитель, из которого они направлялись в загрузочную воронку сушильного барабана. После сушки отходы поступали в печь пиролиза, в которой без доступа воздуха происходило их термическое разложение. В результате получали парогазовую смесь и твёрдый углеродистый остаток пирокарбон. Парогазовую смесь направляли в тепломеханическую часть установки на охлаждение и разделение, а пирокарбон - на охлаждение и дальнейшую переработку. Окончательными продуктами пиролиза являлись пирокарбон, смола и газ. Пирокарбон использовался в металлургической и некоторых других отраслях промышленности, газ и смола в качестве топлива.
В целом, схема санитарной очистки города представлена на рис.3
Рис. 3. Санитарная очистка города
3.1 Аэробное биотермическое компостирование твердых бытовых отходов в промышленных условиях
Метод механического биотермического компостирования в мировой практике начали применять в двадцатые годы прошлого века. Разработанные в то время биотермические барабаны превратили аэробное биотермическое компостирование в широко применяемую промышленную технологию обезвреживания и переработки ТБО. Используя комплекс технологических мероприятий, можно нормализовать содержание в компосте микроэлементов, в том числе солей тяжелых металлов. Из ТБО извлекаются черные и цветные металлы.
Для строительства завода по механической переработке ТБО в компост необходимы следующие оптимальные условия: наличие гарантированных потребителей компоста в радиусе 20-50 км и размещение завода у границы города на расстоянии до 15-20 км от центра сбора ТБО при численности обслуживаемого населения не менее 300 тыс. чел .
Около 25-30 % отходов не подлежат компостированию. Эту часть отходов или сжигают на компостных заводах, или подвергают пиролизу для получения пирокарбона, или вывозят на полигон ТБО для захоронения. Бытовые отходы доставляют на завод мусоровозы, которые разгружаются в приемные бункера. Отходы из бункера разгружают на ленточные контейнеры, по которым они направляются в сортировочный корпус, оснащенные грохотами, электромагнитными и аэродинамическими сепараторами. Отсортированные отходы, предназначенные для компостирования, по конвейерам попадают в загрузочные устройства биотермических барабанов, в виде вращающихся цилиндров (Рис. 4).
Биотермический процесс обезвреживания отходов происходит благодаря активному росту термофильных микроорганизмов в аэробных условиях. Масса отходов сама разогревается до температуры 60оС, при которой болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов, личинки и куколки мух погибают, и масса отходов обезвреживается. Под действием микрофлоры быстрогниющие органические вещества разлагаются, образуя компост. Для обеспечения принудительной аэрации на корпусе биобарабана устанавливаются вентиляторы, которые подают воздух в толщу отходов. Количество подаваемого воздуха регулируется в зависимости от влажности и температуры материала. Оптимальная влажность для ускорения процесса компостирования 40-45 %. Снаружи биобарабан покрывают слоем теплоизоляционного материала для сохранения требуемого температурного режима.
Разгружаются биобарабаны на ленточные конвейеры, которые доставляют компост в сортировочный корпус. Здесь материал летит в двойную воронку, разделенную перегородкой на два отсека. Тяжелые частицы (стекло, камни), обладающие большей инерцией, летят в дальний отсек, а легкие фракции (компост) ссыпаются в ближний. Далее компост попадет на мелкое сито, после прохода которого компост окончательно очищается от балластных фракций. Стекло и мелкий балласт ссыпаются в тележки, а компост по системе конвейеров подается на складские площадки. Большую часть территории, отводимой под размещение мусороперерабатывающего завода (МПЗ), занимают складские площадки для дозревания и хранения компоста. Примерное время дозревания компоста на складе обычно не менее 2 месяцев.
Компост, производимый на МПЗ, имеет следующий состав: органическое вещество на сухую массу не менее 40 %, N 0,7 %, P2O5 0,5 %, содержание балластных включений (камни, металл, резина) 2 %, реакция среды (рН солевой вытяжки) не менее 6,0. Как показывает практика, при правильной организации сбора ТБО содержание в компосте солей тяжелых металлов не превышает предельно допустимых концентраций.
Выбросы в атмосферу МПЗ при производстве компоста содержат аммиак , углеводороды, оксиды углерода, окислы азота, нетоксичная пыль и другое.
Рис. 4 Технологическая схема непрерывного анаэробного компостирования с аэробным окислением органических отходов во вращающемся барабане:
1 кран-балка с грейферным ковшом; 2 мусоровоз; 3 приемный бункер отходов; 4 дозирующий бункер; 5 пластинчатый питатель; 6 подъемный кран с магнитной шайбой для погрузки пакетов металлолома; 7 рольганг; 8 магнитный сепаратор; 9 бункер металлолома; 10 пакетирующий пресс; 11 вращающийся биотермический барабан; 12 вентилятор; 13 котельная или пиролизная установка; 14 вытяжной вентилятор; 15 штабеля компоста на площадках дозревания и готовой продукции; 16 измельчитель компоста; 17 грохот; 18 прицеп для сбора отсева с грохота
В небольших городах (50 тыс. жителей и более) при наличии вблизи города свободных территорий применяют полевое компостирование ТБО (Рис. 4). В этом случае отходы компостируют в открытых штабелях. Увеличивается продолжительность переработки отходов с 2-4 суток до нескольких месяцев, и соответственно увеличивается площадь, отводимая под компостирование. В мировой практике применяют две схемы полевого компостирования: с предварительным дроблением ТБО и без него. В первом случае отходы измельчают специальными дробилками, во втором измельчение происходит за счет естественного разрушения при многократном «перелопачивании» компостируемого материала. При полевом компостировании ТБО разгружают в приемный бункер или на подготовленную площадку. Бульдозером или специальными машинами формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического компостирования. Для предотвращения рассеивания легких фракций мусора, интенсивного размножения мух и устранения неприятного запаха поверхность штабеля укрывают слоем торфа, зрелого компоста или грунта толщиной около 0,2 м. Выделяющееся под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов тепло приводит к «саморазогреву» компостируемых отходов в штабеле. При этом наружные слои разогреваются меньше, чем внутренние, и служат теплоизоляцией для внутренних саморазогревающихся слоев отходов. Для обезвреживания всей массы материала в штабеле его «перелопачивают», в результате чего наружные слои оказываются внутри штабеля, а внутренние снаружи. Кроме того, это способствует лучшей аэрации всей компостной массы. Также для повышения активности биотермического процесса штабеля увлажняют. Готовый компост перед отправкой потребителю направляют на грохот, где его очищают от крупных балластных фракций. Иногда при полевом компостировании отходы разделяют на фракции до компостирования. Площадки полевого компостирования размещают на водонепроницаемых грунтах и периодическая засыпка поверхности свежесформированных штабелей инертным материалом обеспечивают защиту почвы, атмосферы и грунтовых вод от загрязнений.
Анаэробное компостирование ТБО предусматривает переработку органической части отходов за счет ферментации ее в биореакторах, в результате чего образуются биогаз и компост. Схема переработки ТБО в анаэробных условиях следующая (Рис. 5).
Рис. 5 Схема переработки ТБО методом анаэробного компостирования
1 приемный бункер; 2 мостовой грейферный кран; 3 дробилка; 4 магнитный сепаратор; 5 насос смеситель ; 6 метантенк; 7 шнековый пресс; 8 рыхлитель; 9 емкость для сбора отжима; 10 цилиндрический грохот; 11 упаковочная машина; 12 крупный отсев; 13 склад удобрений; 14 газольдер; 15 компрессор; 16 уравнительная камера; I направление движения отходов; II направления движения газа
ТБО разгружают в приемный бункер, откуда грейферным краном их подают в коническую дробилку с вертикальным валом. Измельченные отходы пропускают под электромагнитным сепаратором, где из них извлекают металлолом. Далее отходы попадают в метантенк, где их выдерживают в анаэробных условиях 10-16 суток при температуре 25оС с целью его обезвреживания. В результате из каждой тонны отходов получают около 120-140 м3 биогаза, содержащего 65 % метана, 470 кг органических удобрений влажностью 30 %, 50 кг металлолома и балластных фракций, 250 кг крупного отсева и 170 кг составляют газовые потери и фильтрат. Отработанную твердую фракцию выгружают и затем подают в шнековый пресс для частичного обезвоживания. Затем обезвоженная твердая фракция поступает разрыхлитель и оттуда в цилиндрический грохот, в котором материал разделяют на массу, используемую в качестве органических удобрений, и крупный отсев.
Анаэробное компостирование ТБО применяют в тех случаях, когда имеется практическая потребность в биогазе.
Заключение
В России забыта перерабатывающая промышленность, не организована система сбора вторичных ресурсов, не оборудованы в населенных пунктах места для сбора вторичных ресурсов (металл), не везде налажена система вывоза образующихся отходов, слабый контроль над их образованием. Это влечет за собой ухудшение состояния окружающей среды, негативное воздействие на здоровье человека.
Очевидно, что ни одна технология сама по себе проблемы ТБО не решит. И МСЗ, и полигоны являются источниками выбросов полиароматических углеводородов, диоксинов и других опасных веществ. Эффективность технологий можно рассматривать лишь в общей цепочке жизненного цикла предметы потребления отходы. Проекты МСЗ, на борьбу с которыми общественные экологические организации потратили много сил, в нынешней экономической ситуации еще долго могут так и оставаться проектами.
Полигоны еще длительное время останутся в России основным способом удаления (переработки) ТБО. Основная задача обустройство существующих полигонов, продление их жизни, уменьшение их вредного воздействия. Лишь в крупных и крупнейших городах эффективно строительство МСЗ (или мусороперерабатывающих заводов с предварительной сортировкой ТБО). Реальна эксплуатация небольших МСЗ для сжигания специфических отходов, больничных, например. Это предполагает диверсификацию как технологий переработки отходов, так и их сбора и транспортировки. В разных частях города могут и должны применяться свои способы удаления ТБО. Это связано с типом застройки, уровнем доходов населения, другими социально-экономическими факторами.
Список литературы
1) Бобович Б.Б. и Девяткин В.В., «Переработка отходов производства и потребления», М2000г.
2) «Утилизация твердых отходов», под ред. А.П. Цыганкова. М.: Стройиздат, 1982г.
3) Мазур И.И. и др., «Инженерная экология, Т1: Теоретические основы инженерной экологии», 1996г.
4) Акимова Т.А., Хаскин Т.В. Экология: Учебник для вузов. М.:ЮНИТИ. -1999г.
5) www.ecolin e . ru
6) www . ecology . ru
Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм> |
|||
| 13433. | Технологии и способы переработки твердых бытовых отходов | 1.01 MB | |
| Удаление отходов предполагает определенный технологический процесс включающий сбор транспортировку переработку складирование и обеспечение их безопасного хранения. Основными источниками отходов являются: жилые регионы и бытовые предприятия поставляющие в ОС бытовой мусор отходы жизнедеятельности отходы столовых гостиниц магазинов и др. предприятий сферы обслуживания промышленные предприятия являющиеся поставщиками газообразных жидких и твердых отходов в которых присутствуют те или иные вещества влияющие на загрязнение и состав... | |||
| 11622. | Переработка твёрдых бытовых отходов для выработки тепловой и электрической энергии | 64.25 KB | |
| Отходы при бесконтрольном размещении засоряют и захламляют окружающий нас природный ландшафт, являются источником поступления вредных химических, биологических и биохимических препаратов в окружающую природную среду. Это создает определенную угрозу здоровью и жизни населения. | |||
| 18021. | Объективизация концепта «Beruf» (профессия) в немецких волшебных и бытовых сказках | 71.44 KB | |
| Концепт «Beruf» (профессия) является одним из ключевых концептов культуры, который значим как для отдельной языковой личности, так и для всего лингвокультурного общества в целом. С другой стороны, актуальность объясняется местом концепта «Beruf» (профессия) в немецкой сказке. | |||
| 12071. | Технология очистки бытовых сточных вод с эффективным удалением азота БХ-ДЕАМОКС | 70.21 KB | |
| Разработанная технология очистки бытовых сточных вод отличается рядом особенностей создающих условия для развития анаэробных микроорганизмов в том числе nmmoxбактерий окисляющих аммоний нитритом до молекулярного азота. Станция очистки сточных вод ЭКОС на олимпийском объекте в Адлерском районе г. Зарубежные и российские разработки с применением процесса анаэробного окисления аммония нитритом АНАММОКС для очистки низко концентрированных сточных вод отсутствуют. | |||
| 13123. | Термодинамика и кинетика процессов с участием твёрдых фаз | 177.55 KB | |
| Из курса классической термодинамики известно, что термодинамические уравнения связывают между собой свойства любой равновесной системы, каждое из которых может быть измерено независимыми методами. В частности, при постоянном давлении справедливо соотношение | |||
| 6305. | Основные способы производства твердых катализаторов | 21.05 KB | |
| Основные способы производства твердых катализаторов В зависимости от области применения необходимых свойств катализаторы можно производить следующими способами: химическими: с применением реакции двойного обмена окисления гидрирования и др. Твердые катализаторы синтезируемые различными способами можно подразделить на металлические аморфные и кристаллические простые и сложные оксидные сульфидные. Металлические катализаторы могут быть индивидуальные или сплавные. Катализаторы могут быть однофазными SiO2 TiO2 А12О3 или... | |||
| 14831. | Мониторинг отходов | 30.8 KB | |
| Смесь разных видов отходов представляет из себя мусор но если их собрать раздельно то получим ресурсы которые можно использовать. К настоящему моменту в крупном городе на одного человека в год в среднем приходится 250300 кг твердых бытовых отходов ТБО а ежегодный прирост составляет около 5 что приводит к быстрому росту мусорных свалок как разрешенных зарегистрированных так и диких незарегистрированных. Состав и объем бытовых отходов чрезвычайно разнообразны и зависят не только от страны и местности но и от времени года и многих... | |||
| 20196. | Приготовление жидких и твёрдых фитопрепаратов в условиях аптек | 44.33 KB | |
| Особенности приготовления настоев из ЛРС содержащего эфирные масла. Особенности приготовления водных извлечений из ЛРС содержащего сапонины. Особенности приготовления водных извлечений из ЛРС содержащего дубильные вещества. Особенности приготовления водных извлечений из ЛРС содержащего... | |||
| 11946. | Стенд для изучения вязкоупругих свойства твердых тел зондовым акустическим способом | 18.45 KB | |
| Разработан макет измерительного стенда позволяющий изучать вязкоупругие свойства твердых тел зондовым акустическим способом. Одним из традиционных методов диагностики твердых тел является метод регистрации акустической эмиссии. Несмотря на простоту предлагаемый новый метод по основной своей сути отличается от всех известных методов акустических исследований твердых тел. | |||
| 16501. | Маркетинговое исследование причин недостаточного интереса жителей города Пинска в бытовых услугах (на примере ОАО «Пинчанка-Пинск») | 157.42 KB | |
| Маркетинговое исследование причин недостаточного интереса жителей города Пинска в бытовых услугах на примере ОАО Пинчанка-Пинск Услуги как вид экономической деятельности существуют давно. Бытовое обслуживание или служба быта это общественно организованная форма удовлетворения определенных индивидуальных потребностей человека в бытовых услугах. Данная отрасль объединяет предприятия и организации выполняющие в основном различные виды услуг по заказам населения. Показатель Единицы измерения 2007 год 2008 год Общий объем услуг в... | |||
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.
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.
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.
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.
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.
Отходы с кухни: овощные очистки, яичную скорлупу, потроха и кости рыбы. А так же, стружку, опилки, бумагу, сорняки, скошенную с газонов траву, собранные из-под деревьев листья, солому, хворост.
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» —
Естественный процесс переработки органики ускоряют с помощью препаратов-деструкторов. Они приготовлены на основе спор различного рода эффективных микроорганизмов (ЭМ-препараты).
Препараты разводят в дехлорированной воде - дождевой, родниковой или в водопроводной, но отстоянной 2 суток, с температурой + 25… + 32 ˚ C . В противном случае «хорошие» бактерии не будут размножаться. Биопрепараты имеют разную степень концентрации, влияющую на количество получаемого рабочего раствора. Жидкие препараты выпускаются в пластиковых ёмкостях. Чтобы удалить лишний воздух, бутылку сдавливают, при этом содержимое поднимается до горлышка, вытесняя воздух; завинчивают крышку.
Лишний воздух из пластиковой бутылки легко выдавить, без него биопрепарат хорошо хранится
Без доступа кислорода бактерии не теряют жизнеспособность на протяжении всего срока хранения.
Существует определённая последовательность зарядки кучи «ускорителем» созревания:
Обработка органики биопрепаратом проводится послойно
От пересыхания каждый обработанный органический слой укрывают травой или землёй
Компостник накрывают плёнкой независимо от степени наполнения
Готовая куча имеет вид слоёного пирога.
Схематично компостная куча, удобренная послойно, похожа на торт
Перед использованием флакон встряхивают. Если содержимое выливается полностью, бутылку ополаскивают водой и остаток выливают в рабочий раствор, который обычно готовят в пропорции 100 мл препарата на 10 л воды.
Эмбико имеет приятный кефирно-силосный запах
100 мл препарата Экомик Урожайный концентрат из флакона рассчитано на 5 л воды
Биопрепарат Возрождение безопасен как для людей, так и для животных
Использование компоста с Гуми-Оми Компостином заметно снижает риск поражения растений грибком
Оксизин производится на основе ферментированной свёклы
Компостелло «переваривает» даже семена сорняков
Байкал ЭМ-1 - классический образец и представитель современного поколения концентратов
В прошлом году я «завела» компостную кучу вторым способом. Кроме травы и пищевых отходов, ¼ часть органики составлял козий помёт. В апреле начала использовать то, что получилось. Сверху куча покрылась плотной коркой, под которой оказался компост приличного качества, правда, не очень рассыпчатый. Использовать в стаканчиках его было неудобно, но для внесения в лунки подошёл отлично.
Домашние бокаши готовят на ржаных или пшеничных отрубях. В 1 литре воды разводят 2 ст. ложки ЭМ препарата (Байкал, Сияние) и 1 ст. ложку сахара или варенья. Раствор выдерживают 30 минут, смачивают отруби до состояния комковатости, выкладывают смесь в пакет, плотно завязывают, выпуская воздух, оставляют созревать на 7–14 дней в тёмном тёплом месте. Готовая масса имеет фруктовый запах. Её подсушивают, используют так же, как и средство от производителя.
Народные средства:
Питательную среду (землю для прослойки органики - авт.) я заменяю картофельным отваром, азот - мочевиной. Кладу пол-объёма крапивы в кучку, поливаю из баклажки по ладони водой, в которой картошка варилась (крахмал), и, посыпав мочевиной, нахлобучиваю сверху остаток травы. И так каждый раз по приезде привожу с собой 2 литра компостного чая и проливаю. Компост зреет без навоза и имеет не меньшую питательную ценность.
ОсгудФилдингlll
https://olkpeace.org/forum/viewtopic.php?f=157&t=51985&start=1600
Бактерии тоже могут быть другом человека, если использовать их деятельность во благо. Биопрепараты для ускорения созревания компоста тому доказательство.
Искусство и наука компостирования
Введение
История компостирования уходит в глубь веков. Первые письменные упоминания об использовании компоста в сельском хозяйстве появились 4500 лет назад в Месопотамии, в междуречье Тигра и Евфрата (нынешний Ирак). Искусством компостирования владели все цивилизации Земли. Римляне, египтяне, греки активно практиковали компостирование, что нашло свое отражение в талмуде, библии и Коране. Археологические раскопки подтверждают, что цивилизация майя 2000 лет назад также занималась компостированием.
Несмотря на то, что искусство компостирования было известно садоводам с незапамятных времен, в ХIХ веке, когда большое распространение получили искусственные минеральные удобрения, оно было в значительной степени утрачено. По окончании второй мировой войны сельское хозяйство стало пользоваться результатами научных разработок. Сельскохозяйственная наука рекомендовала для повышения урожайности применять химические удобрения, пестициды во всех ипостасях. Химические удобрения пришли на смену компосту.
В 1962 году вышла в свет книга Рейчел Карсон (Rachel Carson) “Silent Spring” (Безмолвная весна), посвященная результатам повсеместного злоупотребления химическими пестицидами и другими загрязнителями. Это послужило сигналом к общественному протесту и запрещению производства и использования опасных продуктов. Многие начали заново открывать для себя преимущества ведения так называемого органического сельского хозяйства.
Одной из первых публикаций в этом аспекте была книга сэра Альберта Говарда (Albert Howard) “An Agricultural Testament” (Завет хлебопашца), вышедшая в свет в 1943 году. Книга вызвала огромный интерес к органическим методам в сельском хозяйстве и садоводстве. Сегодня каждый фермер признает значение компоста в стимулировании роста растений и в восстановлении истощенной и безжизненной почвы. Как бы заново произошло открытие этого древнего земледельческого искусства.
Органическое земледелие нельзя назвать полностью возвратом к старому, так как в его распоряжении имеются все достижения современной науки. Все химические и микробиологические процессы, протекающие в компостной куче, изучены досконально, и это дает возможность осознанно подходить к приготовлению компоста, регулировать и направлять процесс в нужную сторону.
Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких как отходы животноводства и растениеводства, сырой активный ил и нечистоты. В естественных условиях процесс биодеградации протекает медленно, на поверхности земли, при температуре окружающей среды и, преимущественно, в анаэробных условиях. Компостирование – это способ ускорения естественной деградации в контролируемых условиях. Компостирование – результат понимания действия этих природных биологических и химических систем.
Компостирование – это искусство. Именно так сейчас оценивают исключительную важность компоста для огорода. К сожалению, у нас пока очень мало уделяют внимания правильному приготовлению компоста. А правильно приготовленный компост – это основа, залог будущего урожая.
Существует хорошо отработанные и проверенные общие принципы приготовления компоста.
1. Теоретические основы процесса компостирования
Процесс компостирования представляет собой сложное взаимодействие между органическими отходами, микроорганизмами, влагой и кислородом. В отходах обычно существует своя эндогенная смешанная микрофлора. Микробная активность возрастает, когда содержание влаги и концентрация кислорода достигают необходимого уровня. Кроме кислорода и воды микроорганизмам для роста и размножения необходимы источники углерода, азота, фосфора, калия и определенных микроэлементов. Эти потребности часто удовлетворяются веществами, содержащимися в отходах.
Потребляя органические отходы как пищевой субстрат, микроорганизмы размножаются и продуцируют воду, диоксид углерода, органические соединения и энергию. Часть энергии, получающейся при биологическом окислении углерода, расходуется в метаболических процессах, остальная – выделяется в виде тепла.
Компост как конечный продукт компостирования содержит наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу мертвых микроорганизмов, некоторое количество живых микробов и продукты химического взаимодействия этих компонентов.
1.1. Микробиологические аспекты компостирования
Компостирование представляет собой динамический процесс, протекающий благодаря активности сообщества живых организмов различных групп.
Основные группы организмов, принимающих участие в компостировании:
микрофлора – бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли;
микрофауна – простейшие;
макрофлора – высшие грибы;
макрофауна – двупароногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, муравьи, термиты, пауки, жуки.
В процессе компостирования принимает участие множество видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна температура ниже 20 градусов Цельсия, для мезофилов – 20-40 градусов Цельсия и для термофилов – свыше 40градусов Цельсия. Микроорганизмы, преобладающие на последней стадии компостирования, являются, как правило, мезофилами.
Хотя количество бактерий в компосте очень велико (10 млн. – 1 млрд. м.к./г влажного компоста), из-за малых размеров они составляют менее половины общей микробной биомассы.
Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии и грибы, и на ранних стадиях компостирования не составляют им конкуренции. Они более заметны на последующих стадиях процесса, когда их становится очень много, и налет белого или серого цвета, типичный для актиномицетов, отчетливо виден на глубине 10 см от поверхности компостируемой массы. Их численность ниже численности бактерий и составляет порядка 100 тыс. – 10 млн. клеток на грамм влажного компоста.
Грибы играют важную роль в деструкции целлюлозы, и состояние компостируемой массы должно регулироваться таким образом, чтобы оптимизировать активность этих микроорганизмов. Важным фактором является температура, так как грибы погибают, если она поднимается выше 55 градусов Цельсия. После понижения температуры они вновь распространяются из более холодных зон по всему объему.
В процессе компостирования принимают активное участие не только бактерии, грибы, актиномицеты, но и беспозвоночные. Эти организмы сосуществуют с микроорганизмами и являются основой «здоровья» компостной кучи. В дружной команде компостеров – муравьи, жуки, сороконожки, гусеницы озимой совки, ложные скорпионы, личинки фруктового жука, многоножки, клещи, нематоды, дождевые черви, уховертки, мокрицы, ногохвостки, пауки, пауки-сенокосцы, энхитрииды (белые черви) и др.. После того как достигнут максимум температуры, компост, остывая, становится доступным для широкого ряда почвенных животных. Многие почвенные животные вносят большой вклад в переработку компостируемого материала посредством его физического дробления. Эти животные также способствуют перемешиванию разных компонентов компоста. В умеренном климате главную роль в заключительных стадиях процесса компостирования и дальнейшего включения органического вещества в почву играют земляные черви.
1.1.1. Стадии компостирования
Компостирование – комплексный, многостадийный процесс. Каждая его стадия характеризуется различными консорциумами организмов. Фазы компостирования состоят из (рисунок 1):
1. лаг-фазы (lag phase),
2. мезофильной фазы (mesophilic phase),
3. термофильной фазы (thermophilic phase),
4. фазы созревания (final phase).
РИСУНОК 1. СТАДИИ КОМПОСТИРОВАНИЯ.
Фаза 1 (lag phase) начинается сразу после внесения свежих отходов в компостную кучу. В течение этой фазы микроорганизмы адаптируются к типу отходов и условиям обитания в компостной куче. Распад отходов начинается уже на этой стадии, но общая численность популяции микробов еще невелика, температура невысока.
Фаза 2 (mesophilic phase). На протяжении этой фазы процесс распада субстратов усиливается. Численность микробной популяции возрастает преимущественно за счет мезофильных организмов, адаптирующихся к низким и умеренным температурам. Эти организмы быстро разлагают растворимые, легко деградируемые компоненты, такие как простые сахара и углеводы. Запасы этих веществ быстро истощаются, микробы начинают разлагать более сложные молекулы, такие как целлюлозу, гемицеллюлозу и белки. После потребления этих веществ микробы выделяют комплекс органических кислот, которые служат источником пищи для других микроорганизмов. Однако не все образовавшиеся органические кислоты поглощаются, что ведет к их избыточному накоплению и, как результат, к понижению рН среды. рН служит индикатором окончания второй стадии компостирования. Но это явление временное, поскольку избыток кислот ведет к гибели микроорганизмов.
Фаза 3 (thermophilic phase). В результате микробного роста и метаболизма происходит повышение температуры. Когда температура повышается до 40 градусов Цельсия и выше, мезофильные микроорганизмы замещаются микробами, более устойчивыми к высоким температурам – теромофилами. При достижении температуры 55 градусов Цельсия большинство патогенов человека и растений погибает. Но если температура превысит 65 градусов Цельсия, погибнут и аэробные термофилы компостной кучи. Благодаря высокой температуре происходит ускоренный распад белков, жиров и сложных углеводов типа целлюлозы и гемицеллюлозы – основных структурных компонентов растений. В результате исчерпания пищевых ресурсов обменные процессы идут на убыль, и температура постепенно снижается.
Фаза 4 (final phase). Вследствие падения температуры до мезофильного диапазона в компостной куче начинают доминировать мезофильные микроорганизмы. Температура является наилучшим индикатором наступления стадии созревания. В данной фазе оставшиеся органические вещества образуют комплексы. Этот комплекс органических веществ устойчив к дальнейшему разложению и называется гуминовыми кислотами или гумусом.
1.2. Биохимические аспекты компостирования
Компостирование – биохимический процесс, предназначенный для преобразования твердых органических отходов в стабильный, подобный гумусу продукт. Упрощенно компостированием называют биохимический распад органических составных частей органических отходов в контролируемых условиях. Применение контроля отличает компостирование от естественно протекающих процессов гниения или разложения.
Процесс компостирования зависит от активности микроорганизмов, которые нуждаются в источнике углерода для получения энергии и биосинтеза клеточного матрикса, а также в источнике азота для синтеза клеточных белков. В меньшей степени микроорганизмы нуждаются в фосфоре, калии, кальции и других элементах. Углерод, который составляет около 50% общей массы микробных клеток, служит источником энергии и строительным материалом для клетки. Азот является жизненно важным элементом при синтезе клеткой белков, нуклеиновых кислот, аминокислот и ферментов, необходимых для построения клеточных структур, роста и функционирования. Потребность в углероде у микроорганизмов в 25 раз выше, чем в азоте.
В большинстве процессов компостирования эти потребности удовлетворяются за счет исходного состава органических отходов, только отношение углерода к азоту (C:N) и, изредка, уровень фосфора могут нуждаться в корректировке. Свежие и зеленые субстраты богаты азотом (так называемые «зеленые» субстраты), а коричневые и сухие (так называемые «коричневые» субстраты) – углеродом (таблица 1).
ТАБЛИЦА 1.
СООТНОШЕНИЕ УГЛЕРОДА И АЗОТА В НЕКОТОРЫХ СУБСТРАТАХ.
Для образования компоста огромное значение имеет углерод-азотный баланс (отношение C:N). Соотношение C:N представляет собой отношение веса углерода (но не числа атомов!) к весу азота. Количество необходимого углерода значительно превосходит количество азота. Контрольное значение этого соотношения при компостировании равняется 30:1 (30г углерода на 1г азота). Оптимальным считается соотношение C:N, равное 25:1. Чем больше углерод-азотный баланс отклоняется от оптимального, тем медленнее протекает процесс.
Если твердые отходы содержат большое количество углерода в связанной форме, то допустимое углерод-азотное отношение может быть выше 25/1. Более высокое значение этого отношения приводит к окислению избыточного углерода. Если этот показатель значительно превышает указанное значение, доступность азота снижается, и микробный метаболизм постепенно затухает. Если соотношение меньше оптимального значения, как это бывает в активном иле или навозе, азот будет удаляться в виде аммиака, часто в больших количествах. Потеря азота за счет улетучивания аммиака может быть частично восполнена благодаря активности бактерий-азотфиксаторов, появляющихся, в основном, при мезофильных условиях на поздних стадиях биодеградации.
Основным вредным эффектом слишком низкого отношения C/N является потеря азота в результате образования аммиака и его последующего улетучивания. Между тем, сохранение азота очень важно для образования компоста. Потеря аммиака становится наиболее ощутимой при высокоскоростных процессах компостирования, когда возрастает степень аэрации, создаются термофильные условия и рН достигает 8 и более. Такое значение рН благоприятствует образованию аммиака, а высокая температура ускоряет его улетучивание.
Неопределенность величины потери азота делает сложным точное определение требуемого начального значения C:N, но на практике оно рекомендуется в пределах 25:1 – 30:1. При низких значениях этого соотношения потеря азота в форме аммиака может быть частично подавлена добавлением избыточных фосфатов (суперфосфат).
В процессе компостирования происходит существенное снижение соотношения от 30:1 до 20:1 в конечном продукте. Соотношение C:N постоянно снижается, поскольку во время поглощения углерода микробами 2/3 его высвобождается в атмосферу в виде углекислого газа. Оставшиеся 1/3 совместно с азотом включаются в состав микробной биомассы.
Поскольку при формировании компостной кучи не практикуется взвешивание субстрата, смесь готовится из равных частей «зеленого» и «коричневого» компонентов. Регулирование соотношения углерода и азота базируется на качестве и количестве того или иного вида отходов, которые используют при закладке кучи. Поэтому компостирование считается искусством и наукой одновременно.
Вычисление отношения углерода к азоту (C:N)
Существует несколько способов вычисления отношения углерода к азоту. Мы приводим самый простой, взяв в качестве образца навоз. В органическом веществе полуперепревшего и перепревшего навоза содержится примерно 50% углерода (С). Зная это, а также зольность навоза и общее содержание в нем азота в пересчете на сухое вещество, можно определить отношение C:N по следующей формуле:
C:N = ((100-A)*50)/(100*X)
Где А – зольность навоза, %;
(100 – А) – содержание органического вещества, %;
Х – содержание общего азота в расчете на абсолютно сухой вес навоза, %.
Например, если зольность А = 30%, а содержание общего азота в навозе = 2%, тогда
C:N = ((100-30)*50)/(100*2) = 17
1.3. Критические факторы компостирования
Процесс естественного разложения субстрата при компостировании может быть ускорен благодаря контролю не только за соотношением углерода и азота, но и за влажностью, температурой, уровнем кислорода, размером частиц, размером и формой компостной кучи, рН.
1.3.1. Питательные вещества и добавки
Помимо вышеуказанных веществ, необходимых для роста и размножения микроорганизмов – основных деструкторов органических отходов, для увеличения скорости компостирования применяются различные химические, растительные и бактериальные добавки. За исключением возможной потребности в дополнительном азоте, большинство отходов содержит все необходимые питательные вещества и широкий спектр микроорганизмов, что делает их доступными для компостирования. Очевидно, что начало термофильной стадии можно ускорить возвращением некоторого количества готового компоста в систему.
Носители (древесная щепа, солома, опилки и др.) обычно необходимы для поддержания структуры, обеспечивающей аэрацию при компостировании таких отходов, как сырой активный ил и навоз.
1.3.2. рН
РН является наиболее важным показателем «здоровья» компотной кучи. Как правило, рН бытовых отходов во второй фазе компостирования достигает 5,5–6,0. Фактически эти значения рН являются индикатором того, что процесс компостирования начался, то есть вступил в лаг-фазу. Уровень рН определяется активностью кислотообразующих бактерий, которые разлагают сложные углеродсодержащие субстраты (полисахариды и целлюлозу) до более простых органических кислот.
Значения рН поддерживаются также ростом грибов и актиномицетов, способных разлагать лигнин в аэробной среде. Бактерии и другие микроорганизмы (грибы и актиномицеты) в различной степени способны разлагать гемицеллюлозу и целлюлозу.
Микроорганизмы, которые продуцируют кислоты, могут также утилизировать их в качестве единственного источника питания. Конечным результатом является рост рН до 7,5–9,0. Попытки контролировать рН соединениями серы неэффективны и нецелесообразны. Поэтому более важным является управление аэрацией посредством контроля анаэробных условий, узнаваемых по ферментации и гнилостному запаху.
Роль рН в компостировании определяется тем, что многие микроорганизмы, как и беспозвоночные, не могут выживать в очень кислой среде. К счастью, рН, как правило, контролируется естественным путем (карбонатная буферная система). Следует иметь в виду, если вы решили корректировать рН посредством нейтрализации кислоты или щелочи, то это приведет к образованию соли, что может вызвать негативное воздействие на «здоровье» кучи. Компостирование легко протекает при значениях рН, равных 5,5–9,0, но наиболее эффективно – в диапазоне 6,5–9,0. Важным требованием ко всем компонентам, вовлекаемым в компостирование, является слабая кислотность или слабая щелочность в начальной стадии, но зрелый компост должен иметь рН в интервале, близком к нейтральным значениям рН (6,8–7,0). В случае, если система превращается в анаэробную, накопление кислоты может привести к резкому снижению рН до 4,5 и значительному ограничению микробной активности. В таких ситуациях аэрация становится тем спасительным кругом, который вернет рН до допустимых значений.
Оптимальный диапазон рН для большинства бактерий находится в пределах 6-7,5, а для грибов он может быть между 5,5 и 8.
1.3.3. Аэрация
При нормальных условиях компостирование представляет собой аэробный процесс. Это означает, что для метаболизма и дыхания микробов необходимо присутствие кислорода. В переводе с греческого aero означает воздух, а bios – жизнь. Микробы используют кислород чаще других окисляющих агентов, поскольку с его участием реакции протекают в 19 раз энергичнее. Идеальной считается концентрация кислорода, равная 16 – 18,5%. В начале компостирования концентрация кислорода в порах составляет 15-20%, что равноценно его содержанию в атмосферном воздухе. Концентрация углекислого газа варьирует в диапазоне 0,5-5,0%. В процессе компостирования концентрация кислорода снижается, а углекислого газа – возрастает.
Если концентрация кислорода падает ниже 5%, возникают анаэробные условия. Контроль содержания кислорода в выходящем воздухе полезен для регулировки режима компостирования. Самый простой способ такого контроля – обоняние, так как запахи разложения указывают на начало анаэробного процесса. Поскольку анаэробная активность характеризуется дурными запахами, то допускаются небольшие концентрации дурно пахнущих веществ. Компостная куча действует как биофильтр, улавливающий и обезвреживающий зловонные компоненты.
Некоторые компостные системы способны пассивно поддерживать адекватную концентрацию кислорода посредством природной диффузии и конвекции. Другие системы нуждаются в активной аэрации, обеспечиваемой продуванием воздуха или переворачиванием и смешиванием компостируемых субстратов. При компостировании таких отходов, как сырой активный ил и навоз, для поддержания структуры, обеспечивающей аэрацию, обычно используются носители (древесная щепа, солома, опилки и др.).
Аэрация может осуществляться естественной диффузией кислорода в компостируемую массу посредством перемешивания компоста вручную, с помощью механизмов или принудительной аэрации. Аэрация имеет и другие функции в процессе компостирования. Поток воздуха удаляет диоксид углерода и воду, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, а также отводит теплоту благодаря испарительному теплопереносу. Потребность в кислороде меняется в течение процесса: она низка в мезофильной стадии, возрастает до максимума в термофильной стадии и падает до нуля во время стадии остывания и созревания.
При естественной аэрации центральные участки компостируемой массы могут оказаться в условиях анаэробиоза, поскольку скорость диффузии кислорода слишком низка для протекающих метаболических процессов. Если материал, образующий компост, имеет анаэробные зоны, то могут возникнуть масляная, уксусная и пропионовая кислоты. Однако кислоты вскоре используются бактериями в качестве субстрата, и с образованием аммиака начинает подниматься уровень рН. В таких случаях перемешивание вручную или механическое позволяет воздуху проникнуть в анаэробные участки. Перемешивание способствует также диспергированию крупных фрагментов сырья, что увеличивает удельную поверхность, необходимую для биодеградации. Управление процессом перемешивания обеспечивает переработку большей части сырья в термофильных условиях. Чрезмерное перемешивание приводит к охлаждению и высыханию компостируемой массы, к разрывам в мицелии актиномицетов и грибов. Перемешивание компоста в кучах может быть слишком затратным с точки зрения использования машин и ручного труда, и поэтому частота перемешивания представляет собой компромисс между экономичностью и потребностями процесса. При использовании установок для компостирования рекомендуется чередовать периоды активного перемешивания с периодами без перемешивания.
1.3.4. Влажность
Компостные микробы нуждаются в воде. Разложение осуществляется гораздо быстрее в тонких жидких пленках, образованных на поверхностях органических частиц. 50–60% влаги считается оптимальным содержанием для осуществления процесса компостирования, но при использовании носителей возможны и большие значения. Оптимальная влажность варьирует и зависит от природы и размера частиц. Содержание влаги менее 30% подавляет бактериальную активность. При влажности менее 30% от общей массы скорость биологических процессов резко падает, а при влажности 20% они могут вовсе прекратиться. Влажность более 65% препятствует диффузии воздуха в кучу, что значительно снижает деградацию и сопровождается зловонием. При слишком большой влажности пустоты в структуре компоста заполняются водой, которая ограничивает доступ кислорода к микроорганизмам.
Наличие влаги определяется на ощупь при нажатии на комочек компоста. Если при нажатии выделяется 1-2 капли воды, то влажность компоста достаточная. Материалы типа соломы устойчивы к высокой влажности.
Вода образуется в ходе компостирования за счет жизнедеятельности микроорганизмов и теряется за счет испарения. В случае применения принудительной аэрации потери воды могут быть значительными, и возникает необходимость в дополнительном внесении воды в компост. Это может быть достигнуто поливом водой или добавлением активного ила и других жидких отходов.
1.3.5. Температура
Температура служит хорошим показателем процесса компостирования. Температура в компостной куче начинает подниматься через несколько часов с момента закладки субстрата и меняется в зависимости от стадий компостирования: мезофильной, термофильной, остывание, созревание.
В течение стадии остывания, которая следует за температурным максимумом, рН медленно падает, но остается щелочным. Термофильные грибы из более холодных зон вновь захватывают весь объем и вместе с актиномицетами потребляют полисахариды, гемицеллюлозу и целлюлозу, разрушая их до моносахаридов, которые впоследствии могут быть утилизированы широким спектром микроорганизмов. Скорость тепловыделения становится очень низкой, и температура падает до значений таковой окружающей среды.
Первые три стадии компостирования протекают относительно быстро (за дни или недели) в зависимости от типа используемой системы компостирования. Заключительная стадия компостирования – созревание, в течение которой потери массы и тепловыделения малы, – длится несколько месяцев. В этой стадии происходят сложные реакции между остатками лигнина из отходов и белками погибших микроорганизмов, приводящие к образованию гуминовых кислот. Компост не разогревается, в нем не происходят анаэробные процессы при хранении, он не отнимает азот у почвы при внесении в нее (процесс иммобилизации азота микроорганизмами). Конечное значение рН – слабощелочное.
Высокая температура часто считается необходимым условием успешного компостирования. На самом деле при слишком высокой температуре процесс биодеградации подавляется из-за ингибирования роста микроорганизмов, очень немногие виды сохраняют активность при температуре свыше 70 градусов Цельсия. Порогом, после которого наступает подавление, служит температура около 60 градусов Цельсия, и поэтому высокие температуры в течение длительного периода должны быть исключены при быстром компостировании. Однако температура порядка 60 градусов Цельсия полезна для борьбы с термочувствительными патогенными микроорганизмами. Поэтому необходимо поддерживать условия, при которых, с одной стороны, будет гибнуть патогенная микрофлора, а с другой – развиваться микроорганизмы, ответственные за деградацию. Для этих целей рекомендуемым оптимумом является температура 55 градусов Цельсия. Управление температурой может быть достигнуто с помощью принудительной вентиляции в ходе компостирования. Отвод тепла осуществляется с помощью системы испарительного охлаждения.
Основными факторами в разрушении патогенных организмов в процессе образования компоста являются тепло и антибиотики, продуцируемые микроорганизмами-деструкторами. Высокая температура держится в течение времени, достаточного для гибели патогенов.
Наилучшими условиями для образования компоста являются мезофильный и термофильный температурные пределы. Благодаря многим группам организмов, принимающим участие в процессе образования компоста, диапазон оптимальных температур для этого процесса в целом является очень широким – 35-55 градусов Цельсия.
1.3.6. Дисперсность частиц
Основная микробная активность проявляется на поверхности органических частиц. Следовательно, уменьшение размера частицы ведет к увеличению площади поверхности, а это, в свою очередь, казалось бы, должно сопровождаться ростом микробной активности и скорости разложения. Однако, когда частицы слишком малы, они плотно слипаются друг с другом, ухудшая циркуляцию воздуха в куче. Это уменьшает поступление кислорода и существенно понижает микробную активность. Размер частиц влияет также на доступность углерода и азота. Допустимый размер частиц находится в диапазоне 0,3–5 см, но варьирует в зависимости от характера сырья, размера кучи и погодных условий. Необходим оптимум в размере частиц. Для механизированных установок с перемешиванием и принудительной аэрацией частицы могут иметь размер после измельчения 12,5 мм. Для неподвижных куч с естественной аэрацией наилучшим является размер частиц порядка 50 мм.
Желательно также, чтобы сырье для компостирования содержало максимум органического материала и минимум неорганических остатков (стекло, металл, пластмасса и др.).
1.3.7. Размер и форма компостной кучи
Различные органические соединения, присутствующие в компостируемой массе, имеют различную теплоту сгорания. Белки, углеводы и липиды имеют теплоту сгорания в пределах 9-40 кДж. Количество выделяющейся при компостировании теплоты весьма значительно, так что при компостировании больших масс могут достигаться температуры порядка 80-90 градусов Цельсия. Эти температуры намного превосходят оптимальную, равную 55 градусов Цельсия, и в таких случаях может понадобиться испарительное охлаждение посредством испарительной аэрации. Малые количества компостируемого материала имеют высокое отношение поверхности к объему.
Компостная куча должна иметь достаточный размер для предотвращения быстрой потери тепла и влаги и обеспечения эффективной аэрации во всем объеме. При компостировании материала в кучах в условиях естественной аэрации их не следует складывать больше 1,5 м в высоту и 2,5 м в ширину, в противном случае диффузия кислорода к центру кучи будет затруднена. При этом куча может быть вытянута в компостный ряд любой длины. Минимальный размер кучи – около одного метра кубического. Максимально приемлемый размер кучи – 1,5м х 1,5м при любой длине.
Штабель может быть любой длины, но его высота имеет определенное значение. Если штабель уложен слишком высоко, то материал будет сжат собственной массой, в смеси не будет пор, и начнется анаэробный процесс. Низкий компостный штабель слишком быстро теряет тепло, и в нем нельзя поддерживать температуру, оптимальную для термофильных организмов. Кроме того, из-за большой потери влаги замедляется степень образования компоста. Опытным путем установлены наиболее приемлемые высоты компостных штабелей для любых видов отходов.
Равномерное разложение обеспечивается перемешиванием наружных краев к центру компостного штабеля. При этом любые личинки насекомых, патогенные микробы или яйца насекомых подвергаются воздействию гибельной для них температуры внутри компостного штабеля. При избыточном количестве влаги рекомендуется частое перемешивание.
1.3.8. Свободный объем
Компостируемую массу упрощенно можно рассматривать как трехфазную систему, в которую входят твердая, жидкая и газовая фазы. Структура компоста представляет собой сеть твердых частиц, в которую заключены пустоты различного размера. Пустоты между частицами заполнены газом (преимущественно кислородом, азотом, диоксидом углерода), водой или газожидкостной смесью. Если пустоты целиком заполнены водой, то это сильно затрудняет перенос кислорода. Порозность компоста определяют как отношение свободного объема к общему объему, а свободное газовое пространство – как отношение газового объема к общему объему. Минимальное свободное газовое пространство должно быть порядка 30%.
Оптимальная влажность компостируемой массы варьирует и зависит от природы и дисперсности материала. Различные материалы могут иметь разную влажность до тех пор, пока поддерживается соответствующий объем свободного газового пространства.
1.3.9. Время созревания компоста
Время, необходимое для созревания компоста, зависит от перечисленных выше факторов. Более короткий период созревания связан с оптимальным содержанием влаги, соотношением C:N и частотой аэрации. Процесс замедляется при недостаточной влажности субстрата, низких температурах, высоком значении соотношения C:N, больших размерах частиц субстрата, высоком содержании древесных материалов и неадекватной аэрации.
Процесс компостирования сырья протекает гораздо быстрее, если соблюдаются все условия, необходимые для роста микроорганизмов. Оптимальные условия процесса компостирования представлены в таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА КОМПОСТИРОВАНИЯ
Задача состоит в том, чтобы реализовать набор этих параметров в виде недорогих, но надежных систем компостирования.
Необходимая продолжительность процесса образования компоста зависит и от условий окружающей среды. В литературе можно встретить различные значения длительности компостирования: от нескольких недель до 1-2 лет. Это время колеблется от 10-11 суток (образование компоста из огородных отходов) до 21 суток (отходы с высоким отношением C/N – 78:1). С помощью специального оборудования продолжительность этого процесса сокращается до 3-х суток. При активном компостировании длительность процесса составляет 2–9 месяцев (в зависимости от методов компостирования и природы субстрата), но возможен и более короткий период: 1–4 месяца.
В ходе компостирования физическая структура материала подвергается изменению. Он приобретает темный цвет, ассоциируемый с компостом. Заслуживает внимания изменение запаха компостируемого материала от зловонного до «запаха земли», обусловленного геосмином и 2-метилизоборнеолом – продуктами жизнедеятельности актиномицетов.
Конечным результатом этапа образования компоста является стабилизация органических веществ. Степень стабилизации относительна, поскольку окончательная стабилизация органического вещества связана с образованием СО2, Н2О и минеральной золы.
Желательная степень стабильности – та, при которой не возникает проблем при хранении продукта даже во влажном состоянии. Сложность заключается в том, чтобы определить этот момент. Темный цвет, типичный для компоста, может появиться задолго до достижения нужной степени стабилизации. То же можно сказать о «запахе почвы».
Кроме внешнего вида и запаха параметрами стабильности являются: окончательное падение температуры, степень самонагревания, количество разложившегося и стабильного вещества, повышение окислительно-восстановительного потенциала, поглощение кислорода, рост нитевидных грибов, крахмальная проба.
Пока не разработаны однозначные критерии для оценки приемлемых уровней стабильности и «зрелости» компоста. Компостирующий потенциал можно определить путем оценки темпов конверсии органических соединений в почвенные составляющие и гумус, повышающие плодородие почв.
Образование гумуса (гумификация) – некая совокупность всех процессов, вовлеченных в преобразование свежего органического вещества в гумус. Определение темпов этой конверсии является сложной задачей и, в свою очередь, – важным инструментом для научного исследования процесса компостирования.
Из ряда работ, выполненных различными исследователями в этой области, становится очевидным, что параметры, которые могут использоваться в качестве показателей темпов гумификации, «зрелости» и стабильности компостов, составляют две категории. Показатели первой категории – pH, общее количество органического углерода (TOC), показатель гумификации (HI) и отношение углерода к азоту (C/N) – за время периода компостирования снижаются. Другие химические показатели и параметры гумификации – содержание общего азота (TON), общее содержание экстрагируемого углерода (TEC) и гуминовых кислот (HA), отношение гуминовых кислот к фульвокислотам (HA:PhA), степень гумификации (DH), скорость гумификации (HR), показатель зрелости (MI), показатель гумификации (IHP) – с течением времени увеличиваются, и качество компостов стабилизируется.
В ряду анализируемых химических параметров отношение гуминовых кислот к фульвокислотам, скорость гумификации, степень гумификации, показатель гумификации, показатель зрелости, показатель гумификации, отношение углерода к азоту до сих пор считались ключевыми параметрами для оценки темпов и степени конверсии органических отходов при компостировании.
S.M. Tiquia предложил более простой подход к оценке степени «зрелости» компоста на основе свиного навоза, переработка которого в полноценное и безопасное органическое удобрение является важной сельскохозяйственной и экологической проблемой. Следует подчеркнуть универсальность этого подхода. С его помощью можно оценивать не только естественно протекающий в природе процесс компостирования, но и осуществляемый с применением биотехнологических методов. В разряд последних входят вермикомпостирование с помощью навозных червей, а также использование специальных микробных «заквасок».
Поскольку компостирование осуществляется за счет жизнедеятельности микробного сообщества навоза, индикаторами «зрелости» компоста были приняты микробиологические показатели. Из шести исследованных микробиологических показателей наиболее информативным и адекватным оказался тест дегидрогеназной активности. В сравнении с другими критериями он оказался более простым, быстрым и дешевым методом, позволяющим проводить мониторинг стабильности и готовности компоста. После того как материал признан достаточно стабильным для хранения, его сортируют по фракциям путем просеивания.
Что можно класть в компост: допускается использовать любые органические остатки: сорняки (лучше прямо с землей на корнях, не отряхивая), ботву моркови и свеклы, капустные кочерыжки, яблочные огрызки и картофельные очистки, бумажные салфетки и туалетную бумагу, рыбную шелуху и головы от селедки, кофейную гущу и спитой чай, отходы от соковыжималки, воду, в которой мыли мясо, и так далее. Так же закладываем стриженую траву из газонокосилки, любую органику, включая фекалии и содержимое ночных горшков. Тут не надо ничего бояться - в процессе компостирования в условиях повышенной температуры все стерилизуется и распадается до простых органических соединений. Все это укладывается слоями и пересыпается землей (можно даже глиной) или торфом, иногда добавляют опилки, но в умеренном количестве. Очень хорошо, если не полениться и накосить молодой крапивы (до момента созревания семян). Еще лучше добавить окопник, любые бобовые, тысячелистник, одуванчики. Это ускоряет процессы компостирования и оздоровляет наш субстрат.
Для людей, сомневающихся в успехе мероприятия под названием «сделаем сами компост» и в том, что слагаемые компоста разлагаются до простых органических соединений, можно посоветовать формировать параллельно две кучи. Одну кучу с участием фекалий, а другую - без них. Садоводам с пытливым умом, склонным к экспериментам, появится возможность понаблюдать, какая из них будет «готова» первой. А использовать полученный субстрат можно будет дифференцированно. Под огородные культуры тот, что «без», а второй - под декоративные деревья, кустарники и цветы.
Чего нельзя класть в компост: огуречная и кабачковая ботва, стебли пасленовых (томатов и картофеля), срезанные пионы, ирисы и флоксы, листья яблони и других плодовых деревьев и кустов, обрезанные по осени клематисы, побеги и листья роз. Все перечисленные остатки лучше сжечь, поскольку на них к концу сезона, как правило, скапливается много возбудителей самых разных болезней!
Не стоит закладывать в компост сорные травы, которые уже выпустили метелки с семенами. Дело в том, что семена способны сохранять всхожесть несколько лет, поэтому остается угроза разнести их по участку с компостом, что крайне нежелательно. Это же относится и к одуванчикам. Важно! Компостировать их можно только до тех пор, пока они не распустили свои «парашюты» с семенами. Не надо укладывать ветки и солому - они перегнивают медленно, потом хлопот не оберешься их выбирать из готового компоста. Нежелательно класть в компост и корни пырея и хвоща - там, в темноте они чувствуют себя как дома, на обильном азотистом субстрате жиреют и - никуда не деваются, только множатся. Поэтому корни этих поистине злостных корневищных сорняков надо тщательно выбирать и сжигать или заквашивать в ведре, пока не пойдут пузыри. И только тогда отправлять в «мартен» компостной кучи.
Нельзя путать компостную кучу с помойкой. Никакие твердые бытовые отходы не должны попасть в компостный ящик! Не вздумайте засунуть в компостную кучу мешки от пылесоса! Не рекомендуется класть скорлупу орехов, чайные пакетики и окурки (их ничего не берет!), угольную золу, в частности, из гриля (древесную можно!). Хочу обратить особое внимание на то, что воду после постирушек ни в коем случае нельзя выливать на компостную кучу!
Можно ли выливать содержимое биотуалета? Не стоит этого делать по двум причинам. Во-первых, активное вещество, разлагающее фекалии, это самая что ни на есть химия. Ее присутствие нарушит экологичность компоста, последствия чего будут непредсказуемы. И, во-вторых, в компост в этом случае поступит излишнее количество влаги, он «поплывет» и закиснет.
Можно ли класть в компост золу? Зола, только древесная не помешает, как и известь. Мало того что зола - естественный раскислитель, мягко подщелачивает почву, она содержит практически все необходимые растениям минеральные вещества.
Какие существуют технологии компостирования и надо ли трамбовать содержимое компостного ящика? Помните, что мы делаем аэробный компост, то есть в его приготовлении активную роль играет кислород. Утрамбовывая содержимое ящика, мы тем самым препятствуем доступу кислорода и замедляем процессы компостирования. По мере того как компост будет созревать, куча сама будет оседать и уменьшаться в размерах.
Что делать, и какие методы компостирования отходов применять, если появился неприятный запах? При правильно организованном процессе компостирования проблем, как правило, не возникает. В компостной куче совершенно непостижимым образом происходят какие-то хитрые биохимические процессы, которые преобразуют всевозможные отходы в однородный, хорошо структурированный плодородный субстрат, который имеет слабый запах грибов и перепревшей листвы. Так пахнет в осеннем лесу.
Если способы компостирования выбраны правильно, но все же появился неприятный запах, значит, что-то было сделано не так, как надо. Но все легко исправить - достаточно подсыпать торфа или любой земли, и никакие запахи не будут вас беспокоить.
Как часто надо переворачивать содержимое компостного ящика?
В процессе компостирования, который длится весь летний сезон, компостную кучу ворошить не стоит. Там уже идут таинственные органические метаморфозы, сложился определенный температурный режим, который не надо нарушать дополнительной аэрацией. А вот по весне, когда компостная куча оттает, вы снимете верхушку из неразложившихся остатков, перебросите их в пустой соседний отсек на дно, там они станут основанием для компоста, который вы будете формировать уже в новом сезоне, и к осени непременно дойдут «до кондиции». Компостирование растительных отходов значительно ускоряет процесс приготовления. Если нет сил дожидаться до весны или идут осенние посадки и очень нужен компост, можно эту операцию с переброской проделать и осенью, а готовый компост (его определенно будет меньше, чем весной) развезти по участку, укрывая растения от зимней стужи. Это могут быть клубника, флоксы и гейхеры, клематисы, розы и любые другие растения-неженки.
Надо ли укрывать компостную кучу? Летом она стоит открытая, сюда беспрепятственно попадают осадки, компост «дышит». А вот если у вас сохранился готовый компост прошлого года и вы не успели развезти его по участку или переложить в мешки, обязательно укройте его плотным черным нетканым материалом. Это делается для того, чтобы он не засорялся одуванчиками и семенами других сорняков. На зиму по правилам компост закрывается каким-нибудь плотным, но воздухопроницаемым материалом. Для этого лучше всего подходит кусок старого паласа, который не гниет и пропускает воздух. Это делается для поддержания в компостной куче определенной температуры, чтобы она подольше не замерзала, и там при участии кислорода продолжались процессы органических превращений. Желательно, чтобы этот «мартен» работал подольше.
Какой порядок компостирования органических отходов: с начала сезона вы начинаете заполнять один из пустых отсеков, переслаивая сорняки, кухонные отходы, газонную траву после покоса и т. п., и присыпаете каждый слой землей или торфом. Затем постепенно добавляется компостирование опилок, придающих массе легкую структуру, обогащенную минеральными веществами.
Можно ли использовать опилки? Только от лиственных пород. Хвойные опилки пропитаны смолой и плохо разлагаются.
Надо ли измельчать компоненты будущего компоста при закладке? Так процесс пойдет быстрее. Обязательно порубите на мелкие кусочки арбузные корки и измельчите гнилые яблоки. В противном случае яблоки не перегниют, останутся нетронутыми до весны!
Надо ли поливать компостную кучу? Она должна быть умеренно влажной. Обычно бывает достаточно 1 -2-х ведер кухонных помоев вдень.
Если стоит жаркая погода, и вы видите, что куча подсохла, ее надо немного пролить, желательно с ЭМ-препаратами.
Как на глаз определить, когда готов компост? Когда от слагаемых компоста ничего не осталось, кроме однородного, рассыпчатого субстрата темного цвета с запахом прелых листьев, считайте, что дело сделано.
Как ускорить созревание компоста? Два-три раза за сезон надо пролить эту кучу раствором какого-нибудь специального раствора-компостера, которые сейчас в ассортименте имеются в продаже. По своему опыту знаю, что для естественного процесса компостирования, когда органические остатки превращаются в однородную, хорошо перепревшую земляную массу, нужно было ждать два года. А вот при использовании микробиологических препаратов этот процесс сокращается до одного сезона! Проливая ЭМ-препаратами, вы «запускаете» туда полезные микроорганизмы и ускоряете процесс созревания компоста.
Обязательно ли просеивать готовый компост? При правильно сделанном компосте такой необходимости нет. Нагружая тачку готовой продукцией, следите только, чтобы не было крупных личинок насекомых, которые любят селиться в плодородной, теплой среде.
Как приготовить листовую землю, которая необходима для выращивания рассады и некоторых растений? Больные листья плодовых деревьев, естественно, лучше сжечь. Если у вас лесной участок, то березовые, кленовые или дубовые листья лучше сложить отдельно. В общей компостной куче они будут замедлять процессы компостирования, так как перепревают дольше. Перед тем как сделать листовую землю для неё можно специально изготовить короб, обтянутый со всех сторон сеткой для лучшего аэрирования. Переднюю стенку надо сделать на петлях, в виде дверцы.
Удобрение листовая земля доступно всем: если вы не можете себе позволить выделить специальное место для получения листового перегноя, собирайте листья в мешки, лучше сетчатые, в которых продают картошку. Если нет таких - в обычные пластиковые, но в этом случае их надо продырявить для доступа воздуха или оставить открытыми. Потом сложите их где-нибудь в укромном месте и «забудьте» на два-три года.
Собирают листья либо вручную, веерными граблями, либо при помощи специальных пылесосов. Прекрасное средство для сбора листьев на газоне - обычная газонокосилка с бункером. Собирая листья, таким образом, вы серьезно экономите свое время и силы. Но помните, что при работе с газонокосилкой листья должны быть сухими!
С другой стороны, не так уж и плохо, если листья мокрые от осенних дождей. Приготовление листовой земли ускоряется, поскольку влажная среда способствует их быстрому разложению. Но в этом случае их надо сгребать только вручную. Обычно в своем саду листья мы убираем по весне, они уже за зиму слежались, достаточно влажные и будут хорошо перегнивать.
Слои листьев перемежают со слоями земли, пусть даже самой бесплодной (только не песком!). И еще одно условие - в листовой перегной не надо добавлять никакой другой органики, разве что не помешает добавка скошенной травы. Весь этот «слоеный пирог» время от времени (2-3 раза за сезон) надо проливать раствором ЭМ-препаратов.
Через 2-3 года вы окажетесь обладателем прекрасной плодородной листовой земли, воздушной и хорошо структурированной. Использовать ее можно для посева семян и выращивания рассады, мульчирования в саду, добавки в лунки при посадке цветов, при посадке цветов в садовые контейнеры.
Что такое биогумус? Красный калифорнийский червь, родственник простого дождевого червя, «прирученный» человеком, пропуская органические остатки через себя, выдает «на гора» ценнейшее органическое удобрение биогумус, который применяют для подкормки рассады и комнатных цветов, проращивания семян, при высадке рассады на грядки в саду, при посадке картофеля, когда его добавляют в каждую лунку. Почва биогумус способствует ускорению роста и развитию растений. Полезен он и при посеве газона. В этом случае 1 кг семян смешивают с 3 кг биогумуса, затем их равномерно рассыпают и слегка заделывают в землю граблями. Незаменимы калифорнийские черви и при содержании дачных туалетов. Они буквально питаются содержимым выгребной ямы, при этом исчезают неприятные запахи, обычно сопровождающие эти заведения. Сейчас существуют питомники этих полезных существ и целые фермы, где производится биогумус.
При желании можно организовать получение биогумуса и развести их и у себя, для этого разработаны специальные технологии по разведению червей. Суть этих технологий состоит в том, что два ящика с крупноячеистым дном ставятся друг на друга этакой этажеркой.
Питание для червей - мелкоизмельченные растительные и другие органические остатки вместе с червями насыпают на нижний уровень. По мере того, как они поедают содержимое ящика, там образуется тот самый биогумус. Потом (или сразу, неважно) органическими остатками заполняется ящик, расположенный выше, черви переползают туда и начинают осваивать новое пространство. А нижний ящик с уже готовым биогумусом можно пускать «в дело». Освободив от содержимого, его водружают на место верхним ярусом, и процесс продолжается дальше. Сложность состоит в том, что эту живую «фабрику» по производству биогумуса нельзя оставлять без присмотра более чем на две недели, так как без пищи черви просто погибнут.
