Біохімічні методи утилізації ТПВ

Компостування. Термін «компостування» стосовно ТПВ не зовсім вдалий: по суті, мова йде про ферментацію, про стабілізацію органічних компонентів; стабілізований органічний продукт може бути використаний не тільки в сільському господарстві (як компост), але і в інших напрямках - для виробництва етанолу, для енергетичного застосування та ін. У різних країнах з отриманням компосту переробляється не більше 5% ТПВ. Слід зазначити, що через гетерогенний склад відходів пряме компостування ТПВ недоцільно, оскільки отримуваний компост забруднюється склом і важкими металами (останні містяться в небезпечних побутових відходах – відпрацьованих гальванічних елементах, люмінесцентних лампах та ін.)

Найбільш інтенсивно компостування ТПВ розвивалося з кінця 60-х до початку 80-х років минулого століття, переважно в країнах Західної Європи (Італія, Франція, Нідерланди). У Німеччині пік будівництва заводів припав на другу половину 80-х років (у 1985 р. в компост переробляли 3% ТПВ, в 1988 р. – близько 5%). Інтерес до компостування знову підвищився в середині 1990-х років на основі залучення в переробку не ТПВ, а харчових та рослинних відходів, а також відходів садово-паркового комплексу (термічна переробка цих відходів утруднена через велику вологість,а поховання пов'язано з неконтрольованим утворенням фільтрату та біогазу). У європейській практиці до 2000 р. із застосуванням аеробної ферментації щорічно переробляли близько 4,5 млн. т відходів більш ніж на 100 заводах (з них в 1992-1995 рр. побудовано 60 заводів).

Компостування у штабелях. Найбільш проста технологія компостування полягає в складуванні субстрату в штабелі, розташовані паралельними рядами з проїздом між ними 3 м. Ширина штабелю і висота варіюються залежно від кліматичних умов. Для запобігання виплоду мух, усунення запахів та зменшення теплообміну між штабелями і повітряним середовищем їх покривають шаром землі або торфу заввишки 15-20 см.

Для виробництва компосту в промислових умовах широко використовують відкриті штабелі (вітряні купи) або штабелі, які покривають плівкою або брезентом, а також реактори з підведенням повітря. Штабелі компосту повинні бути досить об'ємними, щоб забезпечити оптимальну кількість тепла. Бажаний розмір ~ 6 м завширшки і 2-3 м у висоту.

У штабелях весняно-літньої закладки в результаті протікання аеробного компостування протягом перших 15-20 днів відбувається саморозігрів штабеля до 60-70°С; потім протягом 2-4 місяців температура тримається на рівні 40-45°С, а в подальшому знижується до 30-35°С. Через 10 місяців температура встановлюється на рівні 14-18°С і тримається до наступної весни. Рекомендована тривалість компостування ТПВ в штабелях – від 12 до 18 місяців. При регулярному перелопачуванні і зволоженні штабелів термін може бути істотно зменшений.

У процесі компостування інтенсивно знижується вологість відходів. Для забезпечення активізації процесу поряд з перелопачуванням і примусовою аерацією матеріал слід зволожувати.

Отриманий компост очищається від баластних фракцій – скла, каміння, металу з використанням установки для механізованого сортування. Установка для механізованого сортування містить магнітний сепаратор, віброгрохот і транспортери.

Польове компостування. Для технології польового компостування характерно попереднє дроблення ТПВ перед укладанням у штабелі, що здійснюється за допомогою молоткових дробарок. У цьому випадку вихід компосту збільшується, а кількість відходів знижується.

Більш досконала технологія польового компостування здійснюється на спеціальних секційних майданчиках з водонепроникним дном (бетонні плити), обладнаних грейферним краном, що здійснює створення та перелопачування штабелів. На майданчиках є дробильно-сортувальне відділення, обладнане приймальним бункером з пластинчастим живильником, магнітним сепаратором для відбору металобрухту, системою стрічкових транспортерів, циліндричним грохотом, дробаркою для компосту. Для аерації ТПВ в штабелях прокладають перфоровані димарі, з'єднані з вентилятором. Майданчики містять також систему поливу та пожежегасіння. Для ліквідації великого відсіву баластних фракцій майданчики можуть містити сміттєспалювальні або піролізні установки невеликої продуктивності; при їх відсутності баласт вивозиться на полігон. Для невеликих міст (до 200 тис. жителів) такі майданчики компостування є реальною альтернативою полігонів ТПВ.

Загальний процес приготування компосту може тривати 6-7 місяців, це залежить від властивостей складових частин компосту. Щоб прискорити процес компостування і забезпечити оптимальний перебіг процесу, можуть бути використані біореактори закритого типу.

У стандарті Міністерства з питань ЖКГ України СОУ ЖКГ 10.09-014:2010 «Побутові відходи. Технологія перероблення органічної речовини, що є у складі побутових відходів» наведено технології компостування в штабелях:

Компостну суміш треба закладати без ущільнення, починаючи з одного краю на всю висоту штабеля. Термін формування потрібно визначати залежно від заданих геометричних параметрів, як правило – місяць. Параметри штабелів наведені у табл. 4.16.

Таблиця 4.16 - Розміри штабелів та термін компостування

в залежності від технології процесу

Характеристика технології	Розміри штабеля	Термін компос-тування, міс.
Висо-та, м	Дов- жина, м	Шири- на по нижній основі, м	Площа по нижній основі, м^2	Шири- на по верхній основі, м	Об'єм, м^3
Компостування з природною аерацією	2,5-3	10-50	3-4	30-200	2-3	65-525	5-7
Компостування з примусовою аерацією	2,5-5	10-50	3-6	30-300	2-4	65-1240	1-3
Дозрівання після біоба-рабанів
Готовий компост							-

Якщо обсяги органічної речовини великі, можливо виконувати формування двох штабелів паралельно.

При температурі НС нижче ніж 0^оC компостну суміш треба укладати в один суцільний штабель висотою від 1 м до 1,25 м. У разі настання стійких позитивних температур суміш треба перемішувати та укладати у штабелі відповідних геометричних розмірів.

Штабелі в процесі формування кожну добу треба покривати землею, торфом або зрілим компостом товщиною: влітку - від 15 см до 20 см, взимку - від 30 см до 40 см. Оскільки в зовнішніх шарах штабелів можуть зберігатися личинки мух, поверхню штабелів наприкінці формування можна обробляти інсектицидами.

Штабелі компосту треба перемішати через 7-10 днів після початку інтенсивного біотермічного процесу та повторити через 1-1,4 місяці. Перемішування можна здійснювати на місті закладання або шляхом пересування штабеля на інше місце.

Прискорене біотермічне компостування в штабелях здійснюється за умов примусової аерації. Продуктивність аераційної системи треба визначати з умов подання 0,8 м³ повітря для аерації 1 кг органічної речовини побутових відходів. Під час проектування зони штабелів з примусовою аерацією треба передбачати закладання у основу штабеля перфорованих труб діаметром 100-200 мм з розмірами отворів 8-10 мм та подавання повітря від 15 до 25 м³/год. на 1 т органічної речовини побутових відходів.

За температурними режимами процес компостування треба поділяти на 2 фази: 1) термофільна (50-70 ^оC); 2) мезофільна (33- 38 ^оC).

Треба забезпечити таку тривалість протікання кожної фази:

- для термофільної - не менше ніж 4 доби за умов рівномірного розігрівання всієї компостної маси не менше ніж до 55 ^оC;

- для мезофільної - від 30 діб до 210 діб в залежності від обраної технології компостування (з природною або примусовою аерацією).

В штабелях літнього закладання температура досягає потрібного рівня через 5 - 10 днів та тримається на ньому 15 - 20 днів, потім протягом 3 - 4 місяців знижується до 30-35 ^оC.

При осінньо-зимовому закладанні температура усього штабеля досягає 50-60 ^оC через 1,5 - 2 місяці та залишається такою протягом двох тижнів, потім протягом 2 - 3-х місяців тримається на рівні 20-30 ^оC, влітку – до 30-40 ^оC.

Для проходження активного процесу компостування оптимальну вологість штабеля треба підтримувати на рівні не нижче ніж 60%. У разі відсутності дощів і зниженні температури в середині штабеля його треба зволожувати до досягнення оптимальної вологості:

- під час перемішування, якщо компостування здійснюється природним способом;

- шляхом поливання штабеля, якщо компостування здійснюється прискореним способом.

Зволожування треба проводити водою або рідкими відходами.

Компостування у біобарабанах. Основним технологічним обладнанням сучасних сміттєпереробних заводів є горизонтальні обертові біобарабани (ферментатори). У них процес прискорюється, тому що маса перемішується, додатково підводиться повітря. Під час процесу переробки підтримуються оптимальні параметри розкладання: певна вологість, температура, кількість кисню, pH, кількість фосфору й азоту, підтримуються певні співвідношення C: N, C: P і C: H. Забезпечення цих умов дає можливість отримати якісний компост за дуже короткий термін, скорочуючи процес компостування до декількох тижнів. Після сепарації ТПВ подаються в обертові біотермічні барабани (діаметр 4 м, довжина – 40-60 м), де протягом 2-3 днів відбувається їх компостування. Температура в барабані досягає 60-75 °С, що забезпечує знезараження оброблюваних відходів від патогенної мікрофлори. Прискорений біотермічний процес на початковій стадії компостування здійснюється за рахунок перемішування ТПВ при обертанні барабана (не менше 1000 оборотів на добу), вдування повітря (до 0,8 м³ повітря на 1 кг ТПВ), підтримання оптимальної вологості ТПВ (45-60%) і теплоізоляції стінок біобарабану. Поряд з температурою згубного впливу на патогенну мікрофлору надають антибіотики, що виробляються мезофільної мікрофлорою. Самі ТПВ завжди містять достатню кількість різноманітної мікрофлори, необхідної для біотермічних і знезаражувальних процесів. Обов'язковою умовою знезараження ТПВ є їх витримка (не менше 12 годин) при температурі, згубній для патогенної мікрофлори. Цей процес, залежно від складу і крупності ТПВ, регулюється терміном перебування ТПВ в біобарабані, швидкістю обертання барабана, об’ємом повітря, який вдувається у барабан, та ін. Компостування відходів в обертових біобарабанах дає можливість поєднати всі операції дозрівання компосту в одному агрегаті. Переробка відходів в обертових біобарабанах проходить в задовільних санітарних умовах (у закритій ємності), крім того, дає можливість широко регулювати інтенсивність перемішування відходів, кількість повітря, що надходить, вологи та ін. Цей метод забезпечує протягом 4-5 днів знешкодження та переробку відходів у компост. У барабанах при підвищенні температури до 60-70 ^оС протягом кількох годин протікає реакція утворення компосту, який протягом декількох діб повинен дозріти на повітрі. За 2-3 доби встигають завершитися перша і друга фази компостування, тобто розігрів ТПВ спочатку до температури 30-35°С мезофільною мікрофлорою, а потім до температури 60-70°С термофільною мікрофлорою, а також, що є головним, знезараження ТПВ. Завершення другої фази компостування і третя її фаза вже проходять за межами СПЗ на майданчиках компостування, де ТПВ витримується до 1-1,5 років. Після обробки ТПВ у біобарабанах змінюється їх фракційний склад: фракції менше 20 мм вже становлять 60-70%, фракції 20-60 мм – 14-18%, фракції 60-300 мм – 15-20% і фракції 300-400 мм – 1-2%, тобто спостерігається суттєве подрібнення ТПВ. Щільність змінюється від 160-230 кг/м³ на початку застосування біобарабана до 700 кг/м³ після проходження біобарабана.

Цілий ряд зарубіжних фірм відмовився від технології компостування в біобарабанах і перейшов на нові технології.

Основні недоліки ферментації в біобарабанах: 1) безконтрольність процесу; 2) поганий товарний вигляд кінцевої продукції (складність очищення матеріалу, що виходить з біобарабана, через його велику вологість); 3) експлуатаційні складності (утворення «пробок» з текстилю, у весняно-осінній період біобарабани течуть, тощо); 4) сильна забрудненість чорним металом, який виділяється з компосту (при відсутності сортування ТПВ перед компостуванням); 5) потреба великої площі для дозрівання компосту (по суті, за дві доби процес ферментації тільки починається, і втрата маси біорозкладаної речовини на виході з біобарабана не перевищує 3-4%); 6) неможливість, відповідно до вітчизняної практики, експлуатації заводу більше 260 днів на рік (уповільнене дозрівання компосту на відкритому повітрі в зимовий період, складність збуту продукції тощо).

Ферментація відходів. Всі недоліки, властиві технології ферментації в біобарабанах, стають перевагою альтернативних технологій - ферментації в басейнах витримки і в тунелі. Строк переробки відходів у ферментаторах (ферментатор – установка об'ємом 2-20 м³, обладнана спеціальним вентиляційним пристроєм для підтримки аеробних умов) 40-60 днів, а при застосуванні штучного підігріву скорочується до 12-20 днів. Спорудження ферментаторів вимагає значних витрат, механізація процесів розвантаження в них утруднена. Тому вони не поширені і мало застосовуються.

Переробка відходів у біобаштах протікає по технологічній лінії, що складається із чотирьох нерухомих конічних веж, в яких маса, що компостується, розігрівається самостійно. У біобаштах проводиться штучна аерація і зволоження відходів. Термін компостування відходів у біобаштах складає 4 - 5 діб.

Відмінність цих двох технологій між собою полягає в тому, що в басейні витримки матеріал знаходиться 4-6 тижнів, а в тунелі – 7-10 днів. Відповідно в басейні витримки процес ферментації повністю закінчується з отриманням сухого стабілізованого продукту (втрата маси речовини – 50%), а в тунелі виходить напівпродукт (втрата маси вихідної речовини – 20-30%, вологість – 30%).

Разом з тим, у всіх випадках, коли не передбачається отримання кінцевого продукту у вигляді компосту для сільськогосподарського використання, краще застосовувати ферментацію збагаченої органічної фракції в тунелі, розглядаючи цю технологію як ферментативну сушку, що забезпечує одночасно знешкодження, подрібнення і гомогенізацію матеріалу. Матеріал після тунельного компостування більшою мірою збагачений вуглецем, ніж після ферментації в басейні витримки, що переважно для подальших процесів термічної переробки (спалювання, газифікація та ін.)

При порівнянній продуктивності, капітальні витрати на будівництво цеху ферментації в басейні витримки у 2-3 рази вище, ніж при тунельному компостуванні.

Стандарт Міністерства з питань ЖКГ України СОУ ЖКГ 10.09-014:2010 «Побутові відходи. Технологія перероблення органічної речовини, що є у складі побутових відходів» регламентує контроль за процесом компостування у спорудах:

- під час компостування у спорудах треба виконувати жорсткий контроль внутрішнього середовища, механічного перемішування та аерації;

- інтенсивність аерації повинна бути такою, щоб підтримувати рівень концентрації кисню в газоповітряному просторі суміші в межах 10-15%;

- аерацію можна здійснювати свіжим або підігрітим повітрям (наприклад, за рахунок рекуперації тепла відпрацьованого повітря). Аерацію підігрітим повітрям треба використовувати за потреби у разі необхідності інтенсифікації процесу;

- інтенсивність зростання температури на стадії саморозігрівання суміші повинна становити 1,0-2,0^оC/год.

- термін до виходу процесу на термофільний режим повинен бути у межах 1-1,5 доби.

Технологія біотермичної переробки відходів у компост в закритих установках (у ферментаторах, біобарабанах; біобаштах) з примусовою аерацією застосовується на сміттєпереробних заводах у багатьох європейських країнах (Франції, Італії, Німеччині, Нідерландах та ін), а також великих містах СНД (Санкт-Петербурзі, Нижньому Новгороді, Мінську, Ташкенті, Тбілісі, Алма-Аті, Баку та ін.)

За стандартом Міністерства з питань ЖКГ України СОУ ЖКГ 10.09-014:2010 «Побутові відходи. Технологія перероблення органічної речовини, що є у складі побутових відходів» основними параметрами процесу приготування вихідних компостних сумішей є:

- вологість – компостування слід проводити при вологості компостних сумішей від 50 до 70%;

- поживні речовини – побутові відходи повинні мати більше ніж 25% органічних речовин, які легко розкладаються; початкове відношення вуглецю і азоту (C:N) компостної суміші повинно наближатись до відношення C:N = 25 - 30: 1; pH суміші повинен бути від 6,0 до 8,0;

- дисперсність та структура сумішей – структуральна підготовка повинна запобігати високій щільності закладання суміші та можливості утворення анаеробних процесів; органічні компоненти треба подрібнювати:

а) для механізованих систем з примусовою аерацією – до часток розміром від 12 до 15 мм;

б) у разі штабелювання з природною аерацією – до часток розміром
50 мм.

Під час приготування компостних сумішей компоненти треба балансувати одночасно за поживними речовинами та за вологістю, а після змішування компонентів виконувати розпушення суміші до моменту отримання належної пористості її структури.

Технологічні підходи щодо підготовки вихідних компостних сумішей наступні: 1) введення вологопоглинальних компонентів рослинного походження для зниження вологості: солома, тирса, торф тощо;
2) зволоження основного компонента або суміші з органічних компонентів у разі недостатньої вологості водою або рідкими відходами, курячим послідом, гнойовою рідиною тощо; 3) введення органічних компонентів для підвищення масової кількості речовин, що легко розпадаються, та підвищення «енергетичного» потенціалу суміші; 4) застосування рециркуляційного компосту або інших наповнювачів для структурального покращання вихідної компостної суміші.

За необхідності зволоження компостної суміші органічної речовини можна використовувати осади стічних вод.

Для отримання компостів заданих властивостей, збалансованих за елементами живлення, посилення мікробіологічних процесів, що протікають під час компостування, і зменшення втрат живильних речовин, в компостну суміш можна включати активні біологічні та мінеральні добавки.

Для вирівнювання співвідношення живильних елементів у компості і запобігання сильному промерзанню його в зимовий час можна додавати до суміші калійну сіль, у разі низького pH – вапняні матеріали, для посилення мікробіологічних процесів і зменшення втрат фосфору – фосфоритне борошно, суперфосфат, фосфогіпс, як азотну добавку - сульфат амонію тощо.

Орієнтовно можна прийняти такі показники: 1) для вапняку, калійної солі, суперфосфату – від 1 до 2% сирої компостної суміші; 2) для фосфоритного борошна – від 2 до 3% сирої компостної суміші; 3) для фосфогіпсу – від 3 до 5% сирої компостної суміші; 4) для сульфату амонію – від 3 до 3,5% сирої компостної суміші (у разі низького рівня азоту).

Не рекомендується додавати до компостної суміші велику кількість опалого листя. У зв'язку з невеликою кількістю в ньому поживних речовин воно розкладається довше, ніж інші органічні речовини.

Опале листя доцільно компостувати окремо з додаванням до компосту речовин, до складу яких входить азот - курячий послід, гнойову рідину тощо. Можна використовувати азотні добрива. Найкращим азотним добривом для компостування опалого листя є сульфат амонію в кількості від 30 до 35 кг на 1 т сухої речовини. Для регулювання вологості такого компосту можна використовувати ґрунт чи готовий компост.

У країнах СНД пряме компостування вихідних ТПВ застосовують на дев'яти заводах: у Санкт-Петербурзі (перший завод у колишньому СРСР, побудований в 1971 р; в кінці 1994 р в Санкт-Петербурзі введено в дію другий завод), Нижньому Новгороді, Мінську та Могильові, Ташкенті, Алма-Аті, Тбілісі та Баку. В 1998 р. почав функціонувати завод у Тольятті, на якому реалізована попереднє, але малоефективне сортування ТПВ.

На всіх заводах СНД, окрім заводу в Тольятті, реалізована практично одна і та ж технологія прямого компостування вихідних ТПВ. Певним винятком є Санкт-Петербурзький завод № 1, на якому реалізовано часткове вилучення з вихідних ТПВ, перед компостуванням, чорного металобрухту. Незважаючи на те, що Санкт-Петербурзький завод був першим, побудованим у колишньому СРСР, позитивний досвід його функціонування не було враховано при проектуванні заводів в інших містах, на яких ТПВ піддають компостування без будь-якої первинної обробки. При практично незмінній технології всі діючі в СНД заводи відрізняються лише схемою ланцюга апаратів. Усі заводи оснащені обладнанням для трьох основних технологічних операцій, які забезпечують виробництво компосту: часткової попередньої підготовки ТПВ (у Санкт-Петербурзі), біотермічного аеробного компостування в біобарабанах, очищення компосту від домішок і складування компосту. На деяких заводах, крім того, передбачена термічна обробка (спалювання, піроліз) фракції, що не компостується, (Санкт-Петербург, Мінськ, Тбілісі, Ташкент).

На всіх компостних заводах в СНД одержуваний компост має вельми поганий товарний вигляд, характеризується низькою якістю і збувається з великими труднощами. Товарний вид компосту Санкт-Петербурзького заводу більш прийнятний, але, як і на інших заводах, компост істотно забруднений важкими металами.

Дослідженнями встановлено, що застосування вироблених на компостних заводах добрив (пряме компостування вихідних ТПВ) пов'язане із забрудненням ґрунту важкими кольоровими металами. Так, у порівнянні з фоновими ґрунтами компост значно збагачений ртуттю (у 833 рази), сурмою (у 64 рази), цинком (у 30 разів), кадмієм (у 21 раз), свинцем (у 18 разів), міддю (у 17 разів).

При використанні компосту в сільському господарстві кольорові метали в надмірній кількості надходять у ґрунт і на полях, здобрених компостом, вміст металів виявився вищим, ніж на контрольній ділянці.

Відповідно до європейських норм, максимально допустимий вміст важких металів у компості становить 752,5 мг/кг сухої маси; реальний вміст важких металів в європейському компості коливається в межах 1,8 - 3,3 г/кг сухої маси, тобто перевищує нормативні вимоги в 2 - 5 разів (механічні домішки скла в компості європейськими нормами не допускаються). Тому компост, отриманий з ТПВ, або з його збагачених фракцій, рекомендується використовувати не в сільському господарстві, а в лісових розсадниках, при озелененні, рекультивації земель (у тому числі після видобутку корисних копалин), у технології полігонного захоронення ТПВ (як покривний матеріал), як заповнювач, або покриття заболочених земель, для виробництва етанолу, в якості підготовленого палива для виробництва енергії.

Для ефективного використання стабілізованої органічної фракції (як компосту, палива, сировини для виробництва нової продукції) важливо відокремити біологічно активну фазу, яка міститься в ТПВ, від інертної за допомогою процесів і методів, застосування яких не призводить до змін біологічного складу відходів. З екологічної точки зору дуже важливим при ферментації ТПВ (як і при спалюванні ТПВ) є попереднє видалення небезпечних побутових відходів – відпрацьованих батарейок, люмінесцентних ламп, фарб, отруйних речовин тощо, а також металів. Проблема негативного впливу небезпечних побутових відходів на сьогодні, в основному, вирішується їх селективним збором з подальшою переробкою або видаленням.

Внаслідок посилення вимог до складу компосту, який використовується як добриво, майже у всіх європейських країнах для компостування використовують тільки одержані при роздільному зборі фракції з високим вмістом біорозкладаних речовин, які не містять екологічно небезпечних компонентів (насамперед, металів). Наприклад, у Голландії від 50 до 70 % біорозкладаних відходів (1,8 млн.т/рік) збирається окремо і піддається компостуванню - переважно в тунелі та в басейні витримки (19 заводів із 26, що складає більше 80% від загальної кількості селективно зібраних відходів).

У деяких країнах (наприклад, у Німеччині) використання компосту з ТПВ в якості добрива заборонено законодавчо, в інших - визнано недоцільним.

Досвід європейських країн за результатами експлуатації установок з компостування відходів призводить до наступних висновків:

1) компостування є прийнятним рішенням для стабілізації органічних речовин, що містяться в потоках відходів;

2) кінцевий продукт (компост) хорошої якості може бути отриманий тільки в тому випадку, коли компостуванню піддаються відходи, сепаровані в місцях утворення, оскільки вони не містять забруднювальних речовин, які можуть бути присутніми у вихідних ТПВ;

3) ТПВ, не сепаровані в місці їх утворення, не придатні для виробництва якісного компосту.

Вермікомпостування – метод аеробного компостування з використанням дощових хробаків та інших безхребетних. Активна переробка органічного матеріалу хробаками, які пропускають його через травний тракт, забезпечує отримання сильно гумованої маси - так званого біогумусу - з високим вмістом біогенних елементів в легкодоступній формі. Під впливом хробаків процес компостування проходить у 3 рази швидше. Компост характеризується великою однорідністю і є розсипчастим. Пропускаючи через свій кишечник землю і рослинні залишки, хробаки збагачують ґрунт.

У 1950-х роках постало питання про спеціальне розведення хробаків як виробників дуже цінного, екологічно чистого добрива. Виникло поняття «вермікультура» – культура розведення хробаків. Був виведений червоний каліфорнійський хробак, якого і використовують для створення вермікультури. Каліфорнійський червоний хробак - нова порода дощового хробака Eisenia foetida, яка була отримана в університеті штату Каліфорнія, в результаті гібридизації різних порід дощового хробака.

Особливості каліфорнійського хробака: 1) життєве середовище - спеціальний, насичений органічними сполуками субстрат (гній, компости, органічні відходи і сміття), але не ґрунт; 2) цей хробак живе 16 років, відкладаючи за сезон 20 коконів; 3) за добу з'їдає в 2 рази більше, ніж важить сам; 4) діапазон температури при якому хробак нормально існує + 4 - +40 ^оС.

Біогумус, отриманий з виділень хробаків, має такі якості: відмінне добриво, в 1г міститься 1,7∙10¹⁷ всяких мікроорганізмів, в основному актиноміцетів і азотофіксаторів; в ньому відсутні патогенні мікроорганізми; компост надає стимулюючого впливу на рослину, завдяки наявності біостимуляторів; концентрація кальцію і магнію зростає в 2 рази, фосфору в
7 разів, калію - в 10, вміст гумінових кислот збільшується в декілька разів.

У промислових масштабах вермітехнологія розвивається у Німеччині, Італії, Японії, Великобританії, Франції, Швейцарії.

Культивування компостних хробаків дозволяє отримувати цінне концентроване органічне добриво - біогумус. Концентрований біогумус дозволяє одержувати наступні продукти: 1) повноцінний природний корм для птахофабрик і рибгоспів, отримання білкового компонента для комбікорму; доцільно використовувати хробаків в якості харчових добавок для птахів; 2) отримувати стимулятори росту з біогумусу, з хробаків отримувати лікарські препарати (наприклад, засіб «Епаолай», що виробляється в Угорщині, який регулює вміст холестерину в крові, крім того, різних препаратів для косметичної промисловості).

У спеціальний ящик (без щілин) або в довгий короб (так само без щілин) розміщують дрібні вологі відходи так, щоб маса завжди була м'якою і вологою. В цей ящик запускається популяція компостного хробака, починається розвиток цієї популяції і поступове виділення концентрованого біогумусу. Регулярно необхідно подавати свіжі порції відходів, проводити зволоження загальної маси так, щоб для хробаків був вільний доступ їжі. Необхідно також вжити заходів, щоб хробаки не виповзали з цього «штучного реактора».

Розглядаючи доцільність впровадження вермітехнологіі на тому чи іншому великому, середньому або малому підприємстві слід виходити з діючих ринкових відносин і, якщо починати це виробництво, то необхідно мати достатню кількість дешевої сировини і випускати широкий асортимент товарної продукції, починаючи від концентрованого біогумусу до косметичних добавок. Залежно від умов ринку вміти швидко переключатися з одного асортименту на інший з широкою палітрою можливих виробів.

Стандарт Міністерства з питань житлово-комунального господарства України СОУ ЖКГ 10.09-014:2010 «Побутові відходи. Технологія перероблення органічної речовини, що є у складі побутових відходів» регламентує процес вермікомпостування.

На мезофільній стадії процесу компостування можна проводити вермікомпостування. Суміш для вермікомпостування повинна мати такі параметри: вологість – від 70 до 75%; pH – 6,5-7,5; співвідношення C:N - 20:1; вміст мінеральних речовин – не більше ніж 10%; сирого протеїну – не більше ніж 25%.

Вермікомпостування можна проводити цілорічно в закритих опалювальних приміщеннях на стелажах і в грядах на полу або, за можливістю, на відкритих майданчиках в грядах. Ширину стелажів та гряд треба приймати до від 1 м до 1,2 м, довжину – довільно.

На першій стадії вермікомпостування треба: провести хімічний аналіз конкретного субстрату та визначити склад суміші, яку необхідно приготувати для подальшого вермікомпостування; наростити необхідний об'єм вермикультури; провести адаптацію вермікультури до конкретного субстрату; визначити технологічну схему компостування.

На другій стадії вермікомпостування треба внести вермікультуру із розрахунку 100 хробаків на 1 м² площі гряди з приготованою сумішшю. Вносити вермікультуру треба ввечері або в похмурий день.

Гряду з субстратом, заселеним вермікультурою, треба зверху накрити травою для захисту від сонця і зниження випаровування води. Гряди треба періодично поливати та розпушувати верхній шар.

Вермікомпостування треба здійснювати протягом від 2 до 3 місяців при температурі від 16 до 32^оC, оптимальна температура складає 24^оC.

Після закінчення процесу вермікомпостування треба відокремити вермікультуру від готового компосту на механічних віброситах з розміром отворів від 0,5 см до 1 см.

Хробаків, що залишаються на ситі, треба використовувати для подальшого отримання вермікомпосту з наступної партії органічної речовини.

Отриманий компост треба підсушити в потоці гарячого повітря до вологості від 50 до 60%.

Питому продуктивність споруд вермікомпостування треба приймати:

- для закритих приміщень: по вихідній компостній суміші – 1,5 т/ м², готовому біогумусу – 0,7 т/м², по біомасі вермікультури – 22 кг/м².

- для відкритих майданчиків: по вихідній компостній суміші –
0,7 т/м², готовому біогумусу – 0,33 т/м², по біомасі вермікультури –
10,5 кг/м².

Анаеробна ферментація ТПВ (отримання і утилізація біогазу, що утворюється при розкладанні органічних компонентів ТПВ в анаеробних умовах) - найчастіше використовується безпосередньо на полігонах захоронення (у США, наприклад, є близько 100 установок з утилізації метану, одержуваного за рахунок гниття ТПВ на звалищах). Разом з тим у Німеччині, Бельгії, Франції та ряді інших країн розроблена технологія отримання біогазу з органічної фракції, виділеної з ТПВ при їх збагаченні на заводах.

У процесах заводської анаеробної ферментації (зброджування) в якості корисної продукції виходить не тільки біогаз, а й компост. Герметичність установок анаеробної переробки відходів забезпечує дотримання екологічних і санітарних норм реалізації цього процесу.

У 1998р у м. Амьен (Франція) був запущений завод продуктивністю
110 тис. т ТПВ на рік. Технологічний процес за цією схемою включає наступні операції:

- сортування вихідних ТПВ (видалення металів, видалення великогабаритних і частини інертних відходів);

- анаеробне (без доступу повітря) зброджування органічних речовин у ферментаційних баках з отриманням біогазу (містить 60-65% метану) і специфічної маси, що є складовою високоякісного добрива.

Після очищення цієї маси від домішок (скло, текстиль, дерево, пластмаса та ін) одержують новий вид добрива, який суттєво відрізняється від компосту (більше схожий з перегноєм), продається в гранульованому вигляді (розмір гранул близько 10 мм) за ціною 150 - 200 франків за 1 т (для порівняння: ціна компосту у Франції 20 франків за 1 т) і використовується як доповнення до мінеральних добрив. Склад нового добрива (%):

- органічної речовини – 30-35,

- вуглецю ­– 10-12,

- азоту – 0,8-0,9,

- фосфору (P₂O₅) – 0,3,

- калію (К₂О) – 1,3,

- кальцію – 5,3,

- магнію - 0,3,

- вологість 40-65.

Зі 100 т відходів за цією технологією можна отримати 13 - 15 т газу, 35 - 40 т добрив;кількість відходів складає 10 – 20 % від загальної маси.

Практичний досвід переробки ТПВ у різних країнах показує, що не існує якогось одного універсального методу, який задовольняє сучасним вимогам екології, економіки, ресурсозбереження і ринку.

Цим вимогам, тенденціям розвитку світової практики, рекомендацій міжнародних екологічних конгресів найбільшою мірою відповідає проектування і будівництво комбінованих сміттєпереробних заводів, які забезпечують використання відходів як джерела енергії і вторинної сировини. Побудова промислової технології саме за принципом комбінації різних методів переробки ТПВ нівелює недоліки кожного методу, взятого окремо. Саме комплексна переробка ТПВ, як системна комбінація на новій основі сортування, термообробки, ферментації та інших процесів, що найбільшою мірою відповідає гетерогенному складу сировини, забезпечує в сукупності малу відходність виробництва, його максимальну екологічність та економічність.

Об'єднуючим процесом у схемі комплексної переробки ТПВ є сортування (у тому числі на основі селективного збору), що змінює якісний і кількісний склад ТПВ. При цьому підвищується не тільки доля рециклінгу ряду компонентів ТПВ (в основному металів), але і багато в чому вирішуються питання видалення небезпечних компонентів побутових відходів і баластних фракцій, оптимальної підготовки тих чи інших компонентів ТПВ до подальшої переробки.

Попереднє сортування покращує і прискорює процес ферментації органічних речовин ТПВ, полегшує очищення продукту ферментації від домішок, знижує потрібну продуктивність досить дорогого термічного і біотермічного обладнання, поліпшує склад продукту ферментації, шлаку і відхідних газів, покращує процес спалювання, спрощує газоочистку, таким чином технологія комплексної переробки ТПВ підвищує екологічність та економічність традиційної термічної і біотермічної обробки ТПВ.

Перерозподіляючи матеріальні потоки відходів, сортування практично вдвічі скорочує потребу в дорогому термічному і біотермічному обладнанні. У той же час капітальні витрати на саме сортування не перевищують 15 % від витрат на термо- та біообробку.

Іншими словами, раціональне сортування (покомпонентне і пофракційне), оптимізує переробку ТПВ. У цьому його головне призначення; вилучення тих чи інших компонентів для вторинного використання - це важливе, але часткове завдання сортування.

Не випадково в США з 1992 р. вступив у дію закон, відповідно до якого забороняється доставка ТПВ на звалища і сміттєспалювальні заводи без попереднього сортування.

Вельми показово також, що Світовий банк, відповідно до рекомендацій міжнародних екологічних організацій, віддає пріоритет у кредитуванні проектів, пов'язаних з рециклінговими сміттєпереробними технологіями.

Стандарт Міністерства з питань ЖКГ України СОУ ЖКГ 10.09-014:2010 «Побутові відходи. Технологія перероблення органічної речовини, що є у складі побутових відходів» регламентує процес анаеробного зброджування органічних компонентів ТПВ.

Технологічне обладнання процесу анаеробного оброблення (зброджування) органічної речовини, вилученої з побутових відходів: система конвеєрів, бункер-приямок, подрібнювальне обладнання, проціджувачі, насоси, метантенки, газгольдери, теплообмінники, обладнання для очищення біогазу, когенераційна установка.

Органічна речовина, придатна для анаеробного зброджування, має відповідати таким вимогам: 1) бути свіжою з максимальним вмістом органічних речовин; 2) не містити включень розміром більше ніж 30 мм і твердих мінеральних частинок, щільність яких перевищує 1100 т/м³; 3) мати оптимальні параметри маси для анаеробного зброджування (вологість – від 90 до 92%; зольність – від 15 до 16%; pH – від 6,9 до 8,0; вміст жирних кислот – від 600 до 1500 мг/дм³; лужність – від 1500 до 3000 мг CaCO₃ /дм³; початкове відношення C:N 10-16:1); 4) маса, що зброджується (далі – субстрат), не повинна вміщувати речовини, які пригнічують життєдіяльність метаноутворюючих організмів, у концентрації, вище допустимої. До цих речовин відносяться: різні форми азоту, більшість важких, лужних, лужноземельних металів, сульфідів, кисню, антибіотиків, дезінфікуючих засобів та інших речовин.

Для забезпечення оптимального співвідношення C: N і одержання більшої кількості біогазу, дозволено додавати у масу, що зброджується, інші органічні відходи: сирий осад комунальних стічних вод, гній різних видів тварин.

Зброджування треба проводити в біореакторах-метантенках, які мають бути герметичними, з теплогідроізоляцією, мати пристрої завантаження біомаси і вивантаження збродженої біомаси та відведення біогазу. Для інтенсифікації метаногенезу, біореактори треба обладнати механізмами для примусового перемішування, руйнування корки і підігрівання. Зброджування доцільно проводити з підігріванням і підтриманням температур: + 33^оC ± 2^оC (мезофільний режим) або + 53^оC ± 2^оC (термофільний режим). Підвищення температури поліпшує умови для утворення біогазу, сприяє зменшенню необхідного робочого об'єму біореактора, але знижує вміст метану в біогазі та значно підвищує витрати теплової енергії при термофільному режимі.

Тривалість зброджування субстрату в біореакторі залежить: від фізико-хімічних властивостей сировини; від температурного режиму; від заданого ступеня розкладу органічної речовини. Доцільно дотримуватися тривалості процесу: для мезофільного режиму – 10-30 діб, а для термофільного режиму – 7-15 діб.

Для стабілізації процесів анаеробного зброджування органічної речовини та інтенсифікації роботи метантенків необхідно забезпечити:
1) попередню підготовку суміші; 2) безперервне завантажування-розвантажування попередньо підігрітої органічної речовини, що дасть можливість стабілізувати швидкість анаеробного розкладання частини органічної речовини, що зброджується, і забезпечить рівномірне видалення біогазу протягом доби; 3) перемішування суміші в резервуарах метантенків з оптимальною інтенсивністю, що забезпечить ефективне використання всього об'єму резервуару, виключить утворення мертвих зон, розшарування органічної речовини, відкладання мінералізованого осаду та утворення корки, а також сприятиме вирівнюванню температурного поля, покращенню газоутворення; 4) підтримання оптимальної температури режиму зброджування; 5) нагрівання органічної речовини, що завантажується; 6) забезпечення нормальної життєдіяльності популяції мікроорганізмів, що утворюють метан.

Для забезпечення нормальної життєдіяльності популяції мікроорганізмів, що утворюють метан, необхідно: 1) постійність температури і тиску; 2) суворий анаеробіоз; 3) відсутність світла; 4) нейтральне або слаболужне середовище.

Співвідношення суміші сирого та збродженого субстрату повинно складати приблизно 1:10.

Залежно від специфічних промислових вимог біогаз можна використовувати різними способами: 1) у теплоустаткуванні, в газогенераторах для одночасного отримання теплової і електричної енергії; 2) подавати в газові мережі для комунальних і побутових потреб; 3) стискувати для подальшого зберігання в газгольдерах.

У разі подачі біогазу в комунальні газові мережі потрібно проведення осушення і очищення газу, що збільшує капітальні витрати за біогазовою технологією.

Стабілізовану суміш із метантенку можливо використовувати:
1) для зволоження органічні речовини у разі закладання компостної суміші;
2) для змішування з сирим субстратом; 3) для виготовлення добрив.

Виготовлення добрив із стабілізованої в метантенку суміші може здійснюватися такими способами: 1) зневоднюванням і компостуванням в штабелях з органічними наповнювачами; 2) зневоднюванням і гранулюванням суміші за умов поєднання операції грануляції з знезаражуванням; 3) зневоднюванням на мулових майданчиках з наступним вилежуванням в штабелях не менше 2 - 3 років (залежно від кліматичних умов регіону України); 4) дегельмінтизацією в рідкому стані при температурі більше ніж 70 ^оC або термічним кондиціонуванням при температурі 230 ^оC з наступним механічним зневоднюванням; 5) термічною сушкою зневоднених осадів при температурі не нижче ніж 70 ^оC або сушкою в зустрічних струменях.

Стандарт Міністерства з питань ЖКГ України СОУ ЖКГ 10.09-014:2010 «Побутові відходи. Технологія перероблення органічної речовини, що є у складі побутових відходів» регламентує процес використання готового компосту.

Отриманий компост можна використовувати: як добриво у сільському господарстві, у лісному господарстві, у зеленому будівництві, для рекультивації земель, як паливо з попереднім брикетуванням; брикетування треба проводити за стандартними технологіями, які включають попередню сушку компосту до вологості від 3% до 8% та оброблення на пресі.

Компост з опалого листя треба використовувати тільки в зеленому господарстві та для рекультивації земель. У зв'язку з цим доцільно розташовувати обладнані ділянки для компостування опалого листя на території комунальних підприємств з утримання зелених насаджень.

Агрохімічні і фізико-хімічні показники добрив повинні знаходитись у межах, що зазначені у табл. 4.17.

Таблиця 4.17 – Агрохімічні і фізико-хімічні показники добрив, що призначені для використання у сільському господарстві

Найменування показника	Норма при використанні у сільському господарстві	Норма при використанні у лісному господарстві, зеленому будівництві та для рекультивації земель
Вміст фракцій крупніше ніж 50 мм, на суху речовину, %	≤ 2	≤ 2
Масова доля органічної речовини, на сухий продукт, %	≥ 40	≥ 40
Вологість, %	20-80	20-80
Величина pH	6,5-8	6,5-8
N загальний	≥ 1,8	≥ 1,5
Р2О5	≥ 2,0	≥ 1,8
К2О	≥ 0,1	≥ 0,1

Добрива за мікробіологічними показниками повинні відповідати нормам, що наведені у табл. 4.18.

Таблиця 4.18 – Мікробіологічні показники добрив

Найменування показника	Норма
Індекс БГКП, КУО/ дм^3	≤ 10000
Наявність патогенної мікрофлори	не допускається
Наявність життєздатних яєць гельмінтів, шт./кг	не допускається

Допустимі норми токсикологічних показників добрив не повинні перевершувати межі, зазначеної в табл. 4.19.

Класифікаційні групи добрив і допустимі величини вмісту в них важких металів, обмеження у дозах, частоті внесення і областях застосування повинні відповідати показникам табл. 4.20, 4.21.

Таблиця 4.19 – Допустимі норми токсикологічних показників добрив

Найменування показника	Норма при використанні у сільському господарстві, мг/кг сухої речовини	Норма при використанні у лісному господарстві, зеленому будівництві та для рекультивації земель, мг/кг сухої речовини
Залізо	≤ 25000	≤ 45000
Кадмій	≤ 30	≤ 250
Кобальт	≤ 100	≤ 300
Марганець	≤ 2000	≤ 7000
Мідь	≤ 1500	≤ 6000
Нікель	≤ 200	≤ 900
Ртуть	≤ 15	≤ 50
Свинець	≤ 750	≤ 2000
Стронцій	≤ 300	≤ 600
Хром ^+3	≤ 750	≤ 5000
Цинк	≤ 2500	≤ 9000

Таблиця 4.20 – Групи добрив і допустимі величини вмісту в них важких металів, мг/кг сухої речовини, обмеження у дозах, частоті внесення і областях застосування у сільському господарстві

Найменування показника	Група 1	Група 2	Група 3
Використання в якості добрив (або для виготовлення компосту) у дозах, адекватних стандартним добривам	Використання у дозі 4-5 т/га на рік за сухою речовиною або не більше 15 т/га раз у 3 роки	Використання у дозі 5-6 т/га за сухою речовиною раз у 5 років з обов'язковим контролем фонового вмісту елементів
Зернові, кормові, технічні культури	Зернові, кормові, технічні культури	Зернові, кормові, технічні культури
Стронцій	50-70	75-100	100-300
Свинець	100-200	400-600	600-750
Ртуть	2-5	5-10	10-15
Кадмій	3-5	5-15	15-30
Нікель	50-75	75-150	150-200
Хром ^+3	100-400	400-600	600-750
Марганець	250-750	750-1500	1500-2000
Цинк	300-1000	1000-2000	2000-2500
Мідь	100-300	300-700	700-1500
Кобальт	5-20	20-50	50-100
Залізо	5000-15000	15000-20000	20000-25000

Дата добавления: 2014-12-16