Большое количество пищевых отходов в составе ТБО препятствует их качественному сжиганию и затрудняет захоронение на полигонах. Оптимальный вариант — отделение пищеотходов на стадии сбора населением — требует не только изменения отношения жителей к этому, но и переделки строительных нормативов (ликвидации навальных мусоропроводов и т. п.) и перестройки системы вывоза ТБО. Если это все сделано, большую часть фракций можно повторно использовать (обеспечить рецикл). В промышленном масштабе это делается на МПЗ. В странах, где раздельный сбор ТБО не осуществляется (Россия, большая часть территории США и др.), на этих заводах производится механическая сортировка мусора. Многие МПЗ, кроме бытового мусора, принимают для переработки нетоксичные, умеренно опасные и слаботоксичные промышленные отходы.
Основной процесс на МПЗ — компостирование органических отводов, прежде всего пищевых. Компостирование — биохимический процесс, предназначенный для преобразования органических твердых отходов в стабильный, подобный гумусу продукт, используемый для улучшения состава почвы. Компост — удобрение, получаемое в результате микробного разложения органических веществ (компост получается и при смешивании торфоивозно-зольно-фосфоритных смесей, но в данном случае рассматривается лишь способ получения компоста из отходов). Технологию образования компоста можно классифицировать по трем основным признакам: использованию кислорода, температуре и способу ведения процесса.
По использованию кислорода различают компостирование аэробное или аэробное (с подачей кислорода или без). Аэробное — более быстрое, чаще его ему отдают предпочтение. Оно протекает при более высоких температур— порядка 45—65 °С (термофильное компостирование) в отличие от низкотемпературного (мезофильного) компостирования — при 20—35 "С. По способу получения компоста различают процесс в штабелях, на открытом воздухе и в механических устройствах — биотермических барабанах (биобарабанах).
Для компостирования как биологического процесса важно выполнять известные из биоэкологии требования:
— должна быть подходящая микробная популяция;
— производительность процесса зависит от размеров и типа этой популяции;
— субстрат должен быть органическим и содержать как можно меньшее число неорганических примесей;
— имеют важное значение факторы внешней среды.
Последнее требует пояснения. Например, если процесс идет при оптимальной температуре, подходящей для микробной популяции и аэрации, но в субстрате недостаточно азота, приготовление компоста замедляется или прекращается независимо от типа микроорганизмов. Наиболее распространены при компостировании низшие формы бактерий — аэробные, анаэробные различных видов (факультативные, облигатные бактерии и нитеобразные грибы), реже — высшие формы бактерий (лучистые или актиномицеты). При наличии этих бактерий субстрат (пищевые отходы, бумага, древесина, навоз, отходы обработки зерна и др.) разрушается по следующей схеме: протеин — пептиды — аминокислоты — аммиачные соединения — протоплазма бактерий + азот или аммиак. Это — для азотистых соединений. Для углеродистых соединений схема другая: углеводы — простые сахара — органические кислоты — протоплазма бактерий + углекислый газ. Для образования компоста огромное значение имеет углеродно-азотный балланс (C/N), причем количество необходимого углерода значительно превосходит количество азота: часть углерода теряется в виде СО2 и присутствует в клетках в большой концентрации. Оптимально соотношение C/N от 20 до 25 к единице. Несколько большее отношение допускается для бумаги, волокна, древесины, поскольку их углеродные соединения тяжелее перерабатываются бактериями. Соотношение C/N может быть определено расчетами по составу или экспериментально. Для специфических ТПрО могут быть использованы данные исследований, приведенные, в частности, по отходам лесоводства, животноводства, упаковочным материалам и др. в .
Изготовленный компост может быть обозначен термином «перегной» (отмершие и частично разложившиеся растительные и животные остатки, по Н. Реймерсу). При внесении в почву он улучшает ее состав: органические кислоты образуют комплексы с почвенным фосфором, более доступные ДДЯ высших растений; вносятся азотные соединения и микроорганизмы, разлагающие нерастворимые почвенные органические соединения с выделением аммиака; аммиак окисляется в нитриты и нитраты. Все это справедливо для чистого компоста. Компост, загрязненный вредными веществами, мо*ет привести к потере почвой плодородных качеств.
Процесс получения компоста в биобарабане проходит три фазы. На первой при температуре 20—35 °С интенсивно размножаются мезофильные микроорганизмы на базе углеродов, органических кислот и белков. Развитие этих бактерий способствует повышению температуры до 45—50 °С, создающей благоприятные условия для развития термофильных бактерий (вторая фаза). В результате их деятельности интенсифицируются процессы разложения органики и температура поднимается до 65—70 "С. Для полного завершения этих двух фаз необходимо от одного до двух месяцев. В заводских условиях в биобарабане компост находится несколько дней; вторая фаза завершается в штабелях, после выгрузки из биобарабана. Там же проходит третья стадия: окончание разложения нестойких органических соединений и переход термофильной микрофлоры в состояние спор (с частичным отмиранием); размножение мезофильной флоры, воздействующей на более стойкие органические соединения. На третьей фазе температура постепенно падает.
Активизация деятельности микрофлоры в биобарабанах происходит за счет предварительного измельчения субстрата, аэрации массы (летом 0,2— 0,8 м3 на 1 кг, зимой — 0,2—0,3 м3), перемешивания компоста при вращении биобарабана, теплоизоляции стенок. Повышенная температура компоста в конце биобарабана губительно действует на болезнетворные организмы, личинки насекомых, яйца гельминтов.
Содержание органики в компосте снижается на 20—30% по сравнению с исходным субстратом, плотность увеличивается в 4—5 раз (с 200 кг/м3 до 800—1000 кг/м3). После изготовления компост проходит просеивание (для извлечения посторонних фракций) и измельчение, т. е. процесс компостирования начинается с сортировки и ею заканчивается.
Еще совсем недавно МПЗ работали по простейшей схеме. Из поступающих ТБО и ТПрО выделялся металл (магнитная сортировка), остальное после измельчения поступало на компостирование. Субстрат увлажнялся (при необходимости) до 45—60% влажности, из него отсортировывались цветные металлы, стекло, песок, камни и другие некомпостируемые материалы. Часть из них (остатки резины, пластиков, пленок и т. п.) смешивалась с такими же промышленными материалами и подвергалась пиролизу с получением газового топлива и пирокарбона (углерода) или вывозилась на полигоны. По этой схеме работали не только МПЗ США (шт. Делавер, г. Нью-Йорк и др.), но и большинство МПЗ на территории бывшего СССР (см. табл. 10.3) .
Достоинства и недостатки подобных заводов хорошо прослеживаются на Примере двух МПЗ г. Санкт-Петербурга. На заводы поступает несортированный мусор (прием планируется увеличить к 2005 г. до 1 млн т), привозимый девяти- и 20-тонными мусоровозами со станций перегрузки. Мусор проходит радиологический и весовой контроль (прием платный по весу) и перегружается сразу же из машины на ленточный конвейер (бункера, как на МПЗ, нет). Отобранный с конвейера магнитный металл сразу же прессуется и пакетируется; немагнитный (с помощью недостаточно надежной высокочастотной электроустановки или вручную) складируется в емкость. Очистка смеси для компоста от стекла, пленки и пластика недостаточно совершенна, поэтому после биобарабанов нужна дополнительная очистка. И хотя компост по содержанию вредных веществ, в том числе по соединениям тяжелых металлов, соответствует ТУ (данные 1996—1997 гг. Института токсикологии) и продукты растениеводства, выращенные на нем, имеют высокое качество, в компосте встречаются мелкие стеклянные частицы. Это затрудняет реализацию компоста. Ввиду чрезвычайной загрязненности пленки заводы не всегда берут ее на переработку.
Общая масса балласта на заводе № 2, где нет пиролиза, около 40% (показатели близки к МСЗ). Вывоз его на полигон не вызывает возражений у экологов, но рентабельность.
Задача мусоропереработки может быть существенно упрощена, если удаст-, ея отделить пищеотходы на стадии сбора ТБО населением. Работа МПЗ в этом случае сводится к сортировке составляющих и передаче их на переработку специализированным заводам. По таким схемам работают некоторые зарубежные заводы.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему