Компостирование биологических отходов - проблемы и поиски решений

Ранее образование органических отходов ограничивалось поступлениями из садового хозяйства или от производства растительного материала. Сегодня компостирование приобретает все большее значение в коммунальном хозяйстве. Центром тяжести общей концепции обработки отходов является, безусловно, компостирование биоотходов.

В проекте новых технических предписаний по обработке коммунальных отходов разделению органических отходов с последующим компостированием придается большое значение. Цель состоит в том, чтобы сократить количество свалок с высоким содержанием органики, а для этого необходимо, с одной стороны, разгрузить уже имеющиеся свалки, и с другой, свести к возможному минимуму проблему дренажных вод. При этом отходы в растениеводстве становятся ценным материалом в форме компоста, а потому стало актуальным создание различных технических устройств для компостирования. Исследователи и производственники совместными усилиями разрабатывают и реализуют различные варианты проведения этого процесса. При этом основными условиями для поиска оптимального решения является эффективность использования устройства и возможность применения получающегося в результате компоста в дальнейшем.

Годовая переработка от 5000 до 50 000 тонн отходов в одном устройстве для компостирования в настоящее время убедительно свидетельствует о том, что современные сооружения для обработки отходов едва ли могут быть сравнимы с используемыми ранее (например, накопителями компоста или  классической треугольной скирдой). Сегодня устройство для компостирования представляет собой сложный технический комплекс устройств, удовлетворяющий экологическим требованиям и запросам рынка.

Перед строителями подобных сооружений и производителями встает масса комплексных проблем, которые должны быть разрешены в едином аспекте. Подобная информация, учитывая современный дефицит, полезна как для проектировщиков и строителей сооружений по переработке отходов, так и для руководителей коммунальных служб и фирм по утилизации отходов.

В основу материала данной статьи лег опыт строительства и эксплуатации централизованного устройства для компостирования органических отходов, которое было запущено в эксплуатацию с декабря 1990 года (рис. 1). Проектная годовая мощность составляла 25 000 тонн.

Рис. 1 Устройство для компостирования биоотходов с проектной мощностью переработки 25 000 тонн биоотходов в год, дающее в процессе эксплуатации может достигать около 40 000 тонн в год

Сообразуясь с местными требованиями и условиями на настоящий момент это устройство перерабатывает в год около 40 000 тонн отходов. Данный опыт эксплуатации чрезвычайно ценен и позволяет сделать важные для практического применения выводы.

Техническое и производственное решение

Инвестиционные и текущие расходы на устройства компостирования могут быть предварительно определены уже на этапе планирования и проектировки. При этом важную роль играет тот факт, что существуют два варианта реализации процесса переработки органических отходов: большое централизованное устройство и комплекс устройств с множеством децентрализованныхподразделений.

Предварительный анализ позволяет сделать некоторые выводы. В настоящее время на практике обнаруживается объективная тенденция к строительству и эксплуатации именно централизованных устройств компостирования, что может быть объяснено следующими причинами:

1. Нахождение единых стандартов оказывается решающим критерием для позитивного течения процесса. Это требование является труднейшим барьером на пути к обработке биологических отходов на открытых пространствах, т.к. среди населения преобладает негативное отношение к такому компостированию. В случае  централизованного устройства для компостирования эта проблематика ограничивается некоторыми стандартами. Для комплекса  устройств  с децентрализованными производственными частями  нахождение  таких  стандартов более  проблематично,   кроме того, специфическая потребность в площади на тонну обрабатываемых от ходов значительно выше (в сравнении с централизованным устройством).
2. Один из аргументов в пользу использования децентрализованного устройства для переработки органических отходов - это экономия инвестиционных затрат, поскольку технические устройства для грубой и окончательной подготовки отходов могут быть легко расположены на необходимом расстоянии и хорошо разработаны. Однако, в сравнении с централизованным устройством, децентрализованное требует довольно высоких текущих расходов.
3. Устройства для компостирования должны отвечать довольно высоким современным экологическим требованиям, которые требуют дорогостоящих технических и технологических разработок. Эти меры, например, решение проблемы запаха, в централизованных устройствах могут быть реализованы с помощью значительно меньших затрат в сравнении с децентрализованными.

Централизованные устройства отличаются максимально низкой возможной потребностью в площадях, при которой можно достичь максимальной производительности. На рис. 1 представлено такое устройство, основанное на принципе кратчайшего пути, представляющее собой высокопроизводительный компактный технический комплекс. При использовании такого варианта процесса достигается непрерывная вентиляция и правильное разложение отходов.

Процесс разложения в данном устройстве воплощает статико-динамическую модель плоских скирд с вентиляцией под давлением в полностью закрытом помещении. Процесс перераспределения происходит при помощи специальных систем типа "Wendelin" (рис. 2). Такая "Wendelin"- система, как видно из рис. 3, наряду с перераспределением может исполнять другие необходимые функции, а также отличается автоматическим способом функционирования. Помещение для разложения требует небольшого сервисного обслуживания, поэтому время пребывания персонала внутри него составляет всего несколько часов в неделю.

Рис. 2 Автоматическая система перераспределения "Wendelin"

Рис. З Функции системы перераспределения

Хотя вентиляция скирд под давлением весьма полезна, в комбинации с закрытым процессом разложения она результирует с климатическими процессами, которые характеризуются почти 100%-ной влажностью воздуха. Наряду с водой воздух в помещении содержит летучие продукты обмена веществ, образующиеся в ходе биопроцесса, которые приводят к значительной нагрузке материала машинных и приборных частей. Подобное влияние должно быть учтено при всасывающей вентиляции и вентиляции под давлением.

Для того, чтобы обеспечить долгосрочную эксплуатацию устройства необходимо принять соответствующие эксплуатационно-технические меры. Особенное внимание должно быть уделено подвижным элементам машин, например, подшипникам вала, а также электрическим частям конструкции. Подбор высококачественных покрытий и поиск соответствующих конструкционных решений могут разрешить данную проблему. Для этой цели технические   испытания   наиболее важны, которые кроме того помогают подобрать подходящие строительные материалы.

Ликвидация запаха

В процессе компостирования образуются вещества, обладающие неприятным запахом и создающие нагрузку для окружающей среды. Сдерживание и удаление эмиссии веществ с неприятным запахом являются основными предпосылками для разрешения строительства и эксплуатации того или иного устройства для компостирования. Ужо. на этапе проектировки дается прогноз эмиссии, который должен давать точные сведения - об ожидаемом влиянии запаха. Необходимые методы расчета и способы анализа уже разработаны, а основные стандарты зафиксированы в принятых типовых условиях.

Разрешение на строительство и эксплуатацию того или иного устройства может быть дано только после того, как будут даны надежные гарантии соблюдения пороговой величины запаха в окрестности устройства. Величина этого предельного значения все еще различна в различных федеральных землях, она может быть равна 1 или 3GE/м3.

Для составления прогноза эмиссии необходимая пороговая величина запаха должна соблюдаться эксплуатационниками в течение длительного времени. Как показывает практический опыт, это приводит к возникновению следующих проблем. Между процессом проектировки и запуском в эксплуатацию может лежать промежуток времени, равный нескольким годам, а за это время появляются новые научные знания. К примеру, ныне концентрация запаха измеряется при помощи факторметров типа ТО 6, которые дают во много раз более точную величину, чем устаревшие приборы типа ТО 4. Поэтому сведения, полученные  при  помощи  устаревших приборов должны быть подвергнуты тщательной проверке.

Минимизация эмиссии в устройствах для компостирования, связанная с тем значением, которое придается проблеме запаха, требует значительных технических затрат, особенно учитывая то обстоятельство, что запахи образуются не только в процессе разложения, но и при доставке и грубой обработке биоотходов и при последующей обработке готового компоста. Поток воздуха, отягощенный запахом, должен быть выведен и дезодорирован. Предпосылки для отвода лежат в общем полном закрытом эксплуатационном выполнении всего устройства, что может быть экономично реализовано при его централизованном расположении.

Дезодорирование отработанного воздуха из устройства компостирования биоотходов проводится с помощью биофильтров. Прежний опыт показал, что степень очистки может достигать при этом 99%. После дезодорирования поток отработанного воздуха содержит в среднем около 150 GE/M . Вследствие нынешнего состояния техники использование других методов дезодорирования (применяемых в других отраслях индустрии) пока не представляется возможным, но исследовательские разработки в этом направлении уже активно ведутся.

Качество продукта

Качество готового компоста - один из основных критериев эффективности производства, однако при этом важно учитывать также и качество исходного сырья. Для расчета качества компостирования традиционно используют такой показатель, как степень разложения. Он основывается на стандартизованном сравнении температуры при биологическом самонагревании компостируемого материала.

Производитель должен гарантировать соблюдение в процессе эксплуатации устройства для компостирования определенной границы разложения. Это качественное требование становится решающим критерием оценки применяемой техники. Практика, однако, показывает, что расчет степени разложения может привести к иррациональности. Так, к примеру, известно, что низкая разница при пробной подготовке становится причиной существенного отклонения друг от друга результатов испытаний.

В настоящее время контроль за процессами самонагревания ограничивается только обнаружением максимума температуры в пробе. Норма повышения температуры и интегральная площадь больше не используются, поскольку при этом велика степень ошибочного определения степени разложения. Компост с высокой степенью разложения неизбежно приводит к непереносимости его растениями.

Поскольку процесс разложения состоит в тесной связи с органической долей, должна существовать определенная зависимость между степенью разложения и утечкой тепла. Исследования показывают значительные колебания такой зависимости. Рис. 4 демонстрирует сопоставление параметров для различных проб компоста и показывает, что при уменьшении утечки тепла до 50% степень разложения может колебаться между II и V.

Рис. 4 Степень снижения в зависимости от степени разложения; приведены данные для различных устройств и различных материалов

Сегодня предпринимаются интенсивные усилия для научной проверки степени разложения как критерия оценки процесса. Эти исследования могли бы дать эксплуатационникам и проектировщикам устройств для компостирования объективный критерий для оценки качества компоста.

Гигиена процесса

Гигиене в процессах компостирования придается большое значение, что видно также и из интенсивных современных дискуссий по проблемам переработки органических отходов. Во всех фазах процесса компостирования, начиная со сбора отходов и кончая получением готового компоста, микроорганизмы играют довольно значительную роль. Соответствующие службы до сих пор еще не приняли определенных решений по поводу гигиенических норм внутри помещения для компостирования. Однако уже сейчас можно отметить, что при использовании централизованных устройств компостирования посредством закрытого строительного покрытия и использования автоматических систем перераспределения влияния принимающих участие в процессе разложения микроорганизмов на обслуживающий персонал и окружающую среду вполне можно избежать (рис. 5).

Рис. 5 Вид на закрытое помещение для разложения биоотходов.

Для достижения гигиенической безопасности готового компоста при содержании его в скирдах при перекладывании один раз в три недели и температуре ферментации выше 55 С степень разложения понижается. В централизованном устройстве для компостирования при режиме перекладывания от 4 до 6 недель температура ферментации повышается до 70 С. Посредством использования вентиляции ход температуры в процессе разложения может регулироваться. Помимо всего прочего, приведенное в данной работе устройство для компостирования вследствие закрытого строительного исполнения не допускает влияния погодных условий на ход процесса разложения биоотходов.

Маттиас Шен
"Метроном" №2/1993