![](/user_photo/_userpic.png)
2814.Управление отходами. Механобиологическая переработка твердых бытовы
.pdf![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4131x1.jpg)
ванаэробных условиях от 10 до 16 суток при температуре 25 °С с целью его сбраживания. В результате из каждой тонны отходов получают около 120–140 м3 биогаза, часть которого из метантенка поступает в газгольдер, а другую часть компрессором через уравнительную камеру подают под давлением под слой перерабатываемых отходовс целью перемешивания сбраживаемой массы.
Отработанную твердую фракцию выгружают и потом подают в шнековый пресс для частичного обезвоживания. Затем обезвоженная твердая фракция поступает в разрыхлитель и оттуда в цилиндрический грохот, в котором материал разделяют на массу, используемую в качестве органических удобрений, и крупный отсев, который направляется на захоронение.
При сжигании биогаза без предварительной очистки выделяется 23 400 кДж/м3 тепла, после его очистки от примесей диоксида углерода и сероводорода –
35 600 кДж/м3.
Необходимо отметить, что использование этих технологий и устройств в силу их экономической доступности, простоты изготовления и эксплуатации достаточно широко в ряде стран в небольших фермерских хозяйствах, снимает заботы с их хозяев по решению проблемы обращения с отходами, обеспечивает их ценными удобрениями и компенсирует затраты за счет частичного отказа от использования сетевого электроснабжения.
По нашим рекомендациям в Пермском крае была разработана подобная биогазовая установка для фермера, имевшего немногочисленное стадо коров (18 голов). Являясь энтузиастом вермокомпостирования, он использовал полученный иловый остаток в смеси с отходами полеводства для буртования, где получал субстрат для вермикультивирования. Полученная биомасса червей и вермикомпост являются товарными продуктами, а биогаз использовался в качестве энергоносителя для получения горячей воды и отопления.
2.7.5. Технология M-U-T Kyberferm® как пример сбалансированной системы для компостирования биогенных фракций ТБО, осадков после биологической очистки сточных вод
В последние годы на рынке поставщиков технологий по компостированию отходов появилось много предложений по современным высокотехнологичным устройствам и технике, позволяющим получать в более короткие сроки при сокращении энергетических затрат, минимизации площадей для размещения оборудования высококачественные целевые продукты-компосты, почвогрунты, материалы для рекультивации нарушенных земель.
Одной из таких технологий является M-U-T Kyberferm® система. Она позволяет перерабатывать биоотходы домашних хозяйств и рынков, объектов общественного питания, сетевых продуктовых супермаркетов, отходы лесопарко-
131
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4132x1.jpg)
вого хозяйства (обрезь деревьев и кустов, укосы газонов, цветоводческие отходы), илы очистных сооружений, органические фракции ТБО, образующиеся в системах механико-биологической переработки отходов.
Предлагается несколько вариантов технологии, в которых в зависимости от объема и качества перерабатываемых отходов, планируемых целевых продуктов, наличия свободных земельных площадей и других условий, выдвигаемых заказчиком, могут использоваться: закрытые биореакторы (один или несколько); открытые площадки компостирования, размещаемые в закрытых помещениях; закрытые передвижные биореакторы – контейнерные емкости; устройства для сбора и очистки сточных вод (конденсата) и удаляемого воздуха.
Основными признаками системы являются: периодическая подача воздуха для принудительной аэрации путем его просасывания через компостируемый субстрат; сбор, очистка и удаление сточных вод (конденсата); коррекция влажности компостируемого материала; очистка (дезодорация) удаляемого из помещений и устройств воздуха на биофильтрах; постоянное автоматизированное управление процессами компостирования (интенсивность подачи и удаления воздуха, дополнительного увлажнения компостируемых материалов, подогрев и охлаждение воды, используемой в технологических процессах); ведение документации в режиме онлайн по всем процессам компостирования. Возможна поставка оборудования по использованию излишнего отходящего тепла с поставкой его внешним потребителям.
При желании заказчика возможна комплектная поставка, кроме непосредственно устройств и техники для компостирования отходов, также оборудования для их сортировки, измельчения, других видов подготовки отходов к компостированию.
Гибкая технологическая система позволяет заменять закрытые или открытые биреакторы на биостабилизаторы типа биогомогенизационных барабанов
сдозреванием компоста в штабелях (буртах).
Вобщем виде схематически система M-U-T Kyberferm® представлена на рис. 2.20.
2.7.6. Компостирование органических отходов в закрытых системах с принудительной аэрацией и периодическим перемещением субстрата с использованием биореакторов различных типов и модификаций
Современный уровень развития техники и технологий позволяет управлять процессами компостирования органических отходов на основе использования компьютеризованных высокомеханизированных и автоматизированных устройств, обеспечивающих получение целевых продуктов заданного качества
132
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4133x1.jpg)
Рис. 2.20. Cистема M-U-T Kyberferm® компостирования отходов: 1 – биореакторы с компостируемым субстратом; 2 – блок забора и подготовки свежего воздуха для принудительной аэрации компостируемого субстрата; 3 – биофильтр для очистки отработанного воздуха из биореактора; 4 – подача свежего воздуха для принудительной аэрации биореакторов; 5 – подача воды для орошения биореакторов; 6 – отвод отработанного воздуха из биореактора; 7 – каплеуловитель; 8 – подача отработанного воздуха на очистку в биофильтр; 9 – емкость-накопитель для сбора конденсата;
10 – блок очистки конденсата; 11 – забор свежего воздуха; 12 – канализационные стоки; 13 – пополнение чистой водой системы орошения компостируемого субстрата; W1…W6 – теплообменники подготовки воздуха для аэрации
при соблюдении принципов энерго- и ресурсосбережения и экологичности применяемых технологий.
Такими устройствами являются современные биореакторы различных типов и модификаций, обеспечивающие возможности управления ключевыми технологическими параметрами в режиме онлайн.
При использовании биореакторов необходимы знание и соблюдение необходимых условий, обеспечивающих возможности управления термофильными аэробными процессами бидеструкции органических веществ в заданных направлении, интенсивности и скорости их протекания в условиях загрязненной высоко коррозионной (внутри реактора) атмосферы (пары воды, аммиак, двуокись углерода, другие промежуточные продукты биоразложения органических веществ) с параллельным соблюдением необходимых условий подачи воздуха для принудительной аэрации, сбора, удаления и очистки отработанного воздуха, удаления избыточного тепла.
133
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4134x1.jpg)
Компьютеризованные системы управления работой биореакторов позволяют поддерживать необходимые режимы ведения технологических процессов без сбоев. Так, например, технологический режим может быть нарушен при избыточной подаче воздуха, в результате чего компостируемый субстрат становится слишком сухим и приостанавливаются процессы его биодеградации, усиливается вынос пыли, микробиальной взвеси и спор грибов с отработанным воздухом.
Необходимы не только контроль и обеспечение достаточности подаваемого воздуха для принудительной аэрации, но и его равномерное распределение
всубстрате, так как в случаях возможного его быстрого перетока по щелям
всубстрате могут образовываться зоны, где его мало, и он не успевает усваиваться микроорганизмами. В результате этого микробы не получают достаточного количества кислорода, хотя он поступает в биореактор в заданном количестве, с вытекающими отсюда негативными последствиями.
При использовании биореакторов предъявляются повышенные требования к структуре субстрата, его водо- и воздухопроницаемости (порозность должна
быть на уровне FAS < 50 % от объема), низкой способности к слеживаемости. При ведении технологических процессов необходимо обеспечить равно-
мерное смешивание составляющих компонентов субстрата, требуемый размер частиц, наличие в субстрате, как минимум, больше 50 % (от массы) биоразлагаемых веществ.
Важным является обеспечение достаточной влажности субстрата. Предпочтительно вести принудительную аэрацию под давлением и периодическое перемещение субстрата (его ворошение).
Время компостирования в биореакторах (активная фаза биодеградации и получения компоста) обычно завершается в течение 2–3 недель (+ время на созревание).
При использовании биореакторных систем обычно при соблюдении технологических регламентов нет проблем с эмиссией загрязняющих веществ. Загрязненный отработанный воздух эффективно очищается от пыли, микробиальной взвеси и спор грибов, а также аммиака, паров воды и других химических загрязняющих и одорирующих веществ на биофильтрах. Образующиеся сточные воды (отжимная вода и фильтрат) обычно находятся на рециркуляции без сброса.
Санитарно-эпидемиологическая безопасность обеспечивается соблюдением режима разогрева атмосферного субстрата до температуры > 65 °С в течение не менее трех суток.
Биореакторы непрерывного действия (вертикальные и горизонтальные) используются достаточно широко для компостирования органических отходов во многих странах, в том числе в США и ЕС.
134
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4135x1.jpg)
Так, например, вертикальный биореактор (Silo System) используется в США для компостирования осадков сточных вод после их биологической очистки. Компостируемый субстрат перемещается в нем сверху вниз под давлением силы тяжести (гравитационный принцип) и винтовых направляющих.
Достоинствами этого типа реактора являются небольшая потребность в площади, простота в обслуживании без применения дополнительных механизмов по перемещению субстрата. Недостатками являются отсутствие перемешивания внутри биореактора, высокое давление в нижних зонах, что приводит к снижению уровняFAS, риску зависания субстрата и его блокаде.
На рис. 2.21 представлены схематично устройство и принцип работы биореактора для компостирования органических отходов вертикального типа (Silo
Reactor – KNEER System).
Рис. 2.21. Биореактор вертикального типа (Silo Reactor – KNEER System): 1, 2 – исходноесырье(отходы) длякомпостирования; 3 – смеситель; 4 – устройство для орошения субстрата водой; 5 – корпус биореактора; 6 – компостируемый субстрат; 8 – биофильтр для очистки отработанного воздуха; 9 – устройство
для выгрузки сброженного материала
На рис. 2.22 представлена схема горизонтального реактора непрерывного действия туннельного типа с принудительной системой аэрации и устройством (пресс) для периодического удаления сброженного материала. Этот реактор успешно используется в Hamilton, Ohio, USA для компостирования различных смешанных органических отходов.
На рис. 2.23 представлена схема горизонтального реактора периодическеого действия с принудительной аэрацией с рециркуляцией части отработанного воздуха и сточных вод. Применение теплого отработанного воздуха в процессе его рециркуляции и сточной воды позволяет сократить срок сбраживания субстрата до 7–14 дней (+ время на созревание компоста).
135
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4136x1.jpg)
Рис. 2.22. Горизонтальный реактор непрерывного действия с прессом для удаления сброженного материала (Hamilton, Ohio, USA) [32]: 1 – исходный материал; 2 – смеситель; 3 – корпус реактора; 4 – вход исходного материала; 5 – субстрат; 6 – пресс; 7 – система принудительной аэрации; 8 – сбор отработанного воздуха и направление его на очистку
Рис. 2.23. Горизонтальный реактор периодического действия (Batch Type BAS System)
спринудительной аэрацией с рециркуляцией отработанного воздуха и сточной воды [32]:
1– вход; 2 – выход; 3 – рециркуляция сточной воды; 4 – выпуск избытка отработанного воздуха; 5 – рециркуляция отработанного воздуха; 6 – подача свежего воздуха; 7 – система принудительной аэрации; 8 – устройство канала для распределения подаваемого под напором воздуха для принудительной аэрации; 9 – отведение избыточной сточной воды; 10 – перерабатываемый субстрат; 11 – устройство для загрузки исходного сырья
ивыгрузки сброженного субстрата
136
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4137x1.jpg)
Представляет интерес опыт компании «Backhus» по разработке мобильного биореактора «Backhus DC 50» для компостирования различных видов отходов (рис. 2.24).
Рис. 2.24. Мобильный биореактор для компостирования отходов: 1 – биофильтр; 2 – люк для загрузки перерабатываемых отходов; 3 – машинное отделение; 4 – отделение по переработке отходов; 5 – шнек; 6 – отделение вызгрузки готового продукта
Представленная разработка может найти применение в России для переработки незначительных объемов отходов в отдаленных поселках, фермерских хозяйствах. Преимущество данного биореактора заключается прежде всего
вего мобильности и возможности регуляции условий процесса.
Кнедостаткам биореакторных технологий относится ограниченный габаритами установки объем перерабатываемых отходов. Решением данной проблемы может быть применение разработанной фирмой «Bioe® technology» технологии компостирования отходов в регулируемых условиях, но вместо дорогостоящих материалов, формирующих основные капитальные затраты, предложено использовать закрытые тентами конструкции. На рис. 2.25 приведен внешний вид компостного завода в Катании (Италия) производительностью 1200 тыс. т/год с укрытыми тентом буртами. Экономические преимущества такого метода очевидны и могут быть рекомендованы для широкого применения в различных климатических условиях, в том числе в России.
137
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4138x1.jpg)
Рис. 2.25. Общий вид компостного завода с тентовым укрытием буртов (Катания, 2011 г.)
2.8. Полевое компостирование ТБО и других муниципальных отходов. Индивидуальное компостирование
Достижения в области высокомеханизированных технологий компостирования ТБО, иных органических фракций муниципальных отходов, а также органических промышленных отходов, позволяющих существенно сократить сроки компостирования, получать компостные и иные целевые материалы заданного качества, минимизировать численность персонала, автоматизировать ряд наиболее трудоемких технологических процессов привели к тому, что в последние десятилетия снизился интерес к полевому компостированию.
Несмотря на вековые традиции, полевое компостирование на урбанизированных территориях уступает место высокомеханизированным технологиям компостирования в процессах механико-биологической переработки отходов, компостным участкам при полигонах захоронения ТБО и все возрастающим объемам индивидуального компостирования, которое стало серьезным переработчиком значительных объемов органических фракций ТБО, отходов овощеводства и так называемого городского огородничества.
К основным причинам отказа от полевого компостирования нужно отнести также и то обстоятельство, что желание снизить затраты ручного труда при полевом компостировании привело к тому, что возросла себестоимость полевого компостирования за счет использования техники и устройств, потребляющих моторное топливо, значительных затрат при эксплуатации этой техники, амор-
138
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4139x1.jpg)
тизационных отчислений, заработной платы высококвалифицированному персоналу. Это привело к тому, что снизилась разница в экономических показателях полевого и высокомеханизированного компостирования при проигрыше в задалживании земельных территорий, организации больших санитарно-защитных зон, более длительных сроках созревания компоста.
Важной причиной отказа от полевого компостирования является низкое качество получаемого компоста, содержащего травмоопасные (битое стекло и др.) и инертные материалы, остатки пленок и другие механические включения, приводящие к засорению полей при использовании этого компоста, что мешает использованию современной сельхозтехники (например, зерноуборочных комбайнов с низким срезом).
К снижению экономической привлекательности полевого компостирования привел рост цен на моторное топливо и стоимость тонно-километра при транспортировке компоста к потребителю при слаборазвитой транспортной инфраструктуре в мало урбанизированных территориях.
Вместе с тем рассмотрение полевого компостирования как альтернативы высокомеханизированным технологиям компостирования представляет не только исторический интерес, так как при стечении благоприятных условий – наличия свободных земельных площадей, отсутствия экономических возможностей использования высокомеханизированных технологий переработки отходов, благоприятной конъюнктуры по реализации низкокачественного компоста – возможно применение полевого компостирования для небольших населенных мест при достаточно надежном технико-экономичес- ком обосновании.
Как свидетельствует практика, в большинстве зарубежных стран, в том числе и таких развитых, как США, ФРГ, Великобритания, Дания, Австрия, а также в развивающихся странах – Индии, Китае и других постоянно увеличиваются объемы индивидуального компостирования – как любительского, так и профессионального. Это определило целесообразность более подробного рассмотрения основных технологических, экономических, экологических и социальных вопросов этих способов компостирования.
2.8.1. Полевое компостирование
Компостирование сельскохозяйственных и животноводческих отходов в России достаточно широко применялось в крестьянских хозяйствах и имеет многовековую историю. Традиционно считалось более эффективным не сжигать пожнивные остатки, солому, а компостировать их совместно с навозом крупного рогатого скота, лошадей и не вносить свежий навоз на поля, так как
139
![](/html/65386/197/html_rNQJlqjsBh.RIgP/htmlconvd-zYhRM4140x1.jpg)
получаемый компост имел большую удобрительную ценность, в нем погибали семена сорных растений.
Исторически в России сложилось так, что ТБО, где преобладали пищевые отходы, вывозились без предварительной подготовки на специально подготовленные площадки-поля компостирования, где из них формировались штабеля, в которых и протекали процессы компостирования в естественных условиях.
Обычно метод полевого компостирования применялся в населенных пунктах с числом жителей 50–500 тысяч человек как наиболее простой и дешёвый метод переработки ТБО [10].
Требования к размещению полей компостирования были относительно легко выполнимыми и, при наличии свободных земельных площадей, их можно было размещать в транспортно доступной зоне вблизи населенных мест. В первой половине ХХ века сложились требования к участкам для размещения полей компостирования. Они сводились к следующему: участки для размещения полей компостирования должны иметь ровный рельеф с небольшим уклоном
впротивоположную сторону от используемых водоемов; грунтовые воды должны залегать на глубине не менее 1 м. Размер санитарно-защитной зоны между полями компостирования и ближайшими жилыми и общественными зданиями должен быть не менее 300 м. Поля компостирования лучше всего располагать
вподветренной стороне от населённых пунктов. Вся территория ограждается от ливневых и талых вод канавами глубиной до 40 см, земляным валом и зелёными насаждениями. Участки, затопляемые ливневыми и талыми водами, а также с близким стоянием грунтовых вод и неровным рельефом (холмистые) для организации полей компостирования не пригодны. Поля компостирования также нельзя размещать на территории, граничащей с зоной санитарной охраны источников водоснабжения
Технологические схемы полевого компостирования включают предварительное измельчение (дробление) ТБО и иных компостируемых отходов, размещение дробленных отходов в штабелях (буртах), где они находятся до нескольких месяцев и более (в зависимости от климатических условий и сроков закладки отходов в штабеля (весенне-летних или осенне-зимних), многократно перелопачиваются и после созревания компоста неизмельченные фракции отделяют на контрольном грохоте, а компост при необходимости направляют на дозревание или непосредственно потребителю.
Применяются и технологические схемы без предварительного дробления. Выход компоста в этих схемах меньше, чем в схемах с предварительным дроблением. В процессах многократного перелопачивания (ворошения, переформирования штабелей) происходит измельчение крупных включений, а оставшиеся крупные фракции после созревания компоста удаляются на контрольном грохо-
140