Аэробное компостирование ТБО

Компостирование представляет собой биохимический процесс переработки способной к биотрансформации органической компоненты ТБО в компост – продукт подобный гумусу. Компостирование проводят с использованием кислорода, то есть в аэробных условиях. В отличие от анаэробного аэробное компостирование протекает быстрее, при более высоких температурах и без запаха. Оно отличается от естественного гниения или разложения отходов. Компостирование осуществляют, в основном, с использованием мезофильных и термофильных бактерий.

Эффективность компостирования зависит от влажности воздуха, отходов, температуры, величины pH среды, потребности кислорода, углерод-азотного баланса (отношения C/N) в отходах. Влажность отходов должна составлять 75-85 %.

Температура процесса зависит от вида микробов, осуществляющих компостирование. Для мезофильных микробов она равна 15-35, а для термофильных - 45-65 ºС. Оптимальный диапазон pH для большинства бактерий находится в пределах 6-7,5.

Потребность в кислороде зависит от температуры процесса, влажности отходов, состава бактерий, природы отходов и степени аэрации их воздухом.

Оптимальный предел отношения C/N в большинстве отходов в процессе компостирования падает от 25 до 1. Чем больше углеродно-азотный баланс отклоняется от оптимального (особенно для верхнего предела), тем медленнее протекает процесс.

Компостирование проводят в длинных невысоких штабелях на открытом воздухе или в заводских условиях в закрытых аппаратах (биобарабанах). Основными стадиями компостирования на заводах являются: сортировка отходов, дробление направляемой на компостирование их части, переработка последней в компост, хранение (вызревание) компоста перед отправкой потребителям.

Штабели для компостирования на открытом воздухе формируют из измельченных отходов. Они могут быть любой длины, но высота их не превышает 1,5-2 м. Аэрацию осуществляют периодически перемешиванием материала. В результате организованного таким образом перегнивания обеспечивают равномерное аэробное разложение отходов и ускорение образования компоста. Перемешивание устраняет анаэробное разложение материала, особенно при влажности. Избыточная влажность может являться следствием поступления дождевой воды. Частота перемешивания зависит от влажности отходов. Чем выше влажность, тем больше частота перемешивания. Чтобы компост не был влажным, предусматривают отвод избытка воды. В районах с частыми дождями над штабелями сооружают крыши или другие укрытия.

Для улучшения аэрации вместо перемешивания иногда используют принудительную подачу воздуха снизу штабеля через слой отходов. При этом измельченные отходы укладывают на сетки или перфорированные полы.

На мусороперерабатывающих заводах (МПЗ), работающих по технологии аэробного биотермического компостирования, из отходов извлекают лом черных и цветных металлов, которые можно использовать в качестве вторичного сырья в промышленности, обеспечивают механизацию всех основных технологических процессов и исключают непосредственный контакт персонала с необезвреженными отходами.

МПЗ имеют оборудование для трех технологических операций, обеспечивающих законченный цикл обезвреживания отходов: для приема и предварительной подготовки отходов; биотермического аэробного компостирования; окончательной обработки и складирования компоста.

На комплексных заводах предусматривают сжигание или пиролиз остатков (некомпостируемых фракций), образующихся при предварительной и окончательной обработке отходов.

На МПЗ принята следующая последовательность технологических операций:

1. прибывающие на завод мусоровозы взвешивают на автомобильных весах и загружают в приемный или резервный бункеры, оснащенные пластичными питателями;

2. последние равномерно подают ТБО на ленточный конвейер и далее в биотермический барабан;

3. в биотермическом барабане происходит механическое измельчение (истирание) отходов и идет активный биотермический процесс, при котором компостируемый материал саморазогревается до 55-60 ºС, что способствует обезвреживанию материала. В биотермическом барабане материал находится около 48 часов;

4. из биобарабана массу передают в грохот, где из нее отделяют фракцию крупнее 45-60 мм, содержащую не поддающийся компостированию материал. Из мелкой и крупной фракции извлекают черный и цветной металлолом. Фракции крупнее 45-60 мм направляют на захоронение, сжигание или пиролиз, а мелкие – очищают в специальных сепараторах от стекла и полиэтиленовой пленки, а затем направляют на измельчение в дробилку и далее на площадку готовой продукции, где складируют в штабели;

5. по мере потребности компост из штабелей отправляют потребителям. Выделенный магнитными сепараторами черный металлолом подают на пакетировочный пресс, а затем в виде спрессованных блоков – на склад.

Аэробное компостирование в биобарабанах характеризуется последовательно развивающимися во времени тремя фазами: фазой нарастания температуры, стационарной фазой высоких температур и фазой падения температуры.

Первая из них характеризуется усиленным размножением мезофильных микроорганизмов, оптимальная температура развития которых составляет 25-30 ºС. Источником энергии для бактерий служат легко разлагаемые органические соединения, содержащиеся, в основном, в пищевых отходах (сахар, органические кислоты, белки). В процессе их жизнедеятельности выделяется тепловая энергия, способствующая нагреву компостируемой массы до температур более 50 ºС.

Вторая фаза характеризуется развитием термофильных бактерий, в результате жизнедеятельности которых увеличивается выделение тепла, ускоряются процессы переработки ТБО в компост (повышение температуры на каждые 10 ºС интенсифицирует микробиологические процессы в 2-3 раза).

Третья фаза – медленное падение температуры – свидетельствует об исчерпании легкоразлагаемых органических соединений. На этой стадии термофильная микрофлора переходит в состояние спор, частично отмирая, а мезофильная – начинает вновь размножаться благодаря тому, что обладает более разнообразной и мощной ферментативной системой, при помощи которой разлагаются более стойкие органические соединения (клетчатка и лигнин). При обезвреживании бытовых отходов происходит не только распад органического вещества, но и его синтез, т.е. образование гуминовых соединений, улучающих качество органического удобрения. В цикле аэробного биотермического компостирования содержание органического вещества в компостируемом материале снижается (по сухой массе) на 16-26 %. Опыт эксплуатации МПЗ показал, что при поступлении на завод ТБО с температурой выше +5 ºС их обезвреживание и переработка осуществлеются в биобарабанных за двое суток. При поступлении ТБО с температурой менее +5 ºС для их обезвреживания и переработки требуется до 3-х суток. Непременным условием обезвреживания ТБО в биобарабанах является экспозиция компостируемой массы не менее 12 часов при температуре более 50 ºС.

Требующаяся для биотермического процесса микрофлора имеется в необходимых количествах в ТБО. Активизацию ее жизнедеятельности обеспечивают за счет перемешивания ТБО при вращении биобарабанов и аэрации компостируемой массы. Используют два режима вращения биобарабанов: вращение в течение 12 часов со скоростью 1,1 об/мин, обеспечивающее загрузку и выгрузку, и последующее вращение в остальные 12 часов со скоростью 0,2-0,3 об/мин, обеспечивающее перемешивание компостируемой массы. Недостатком первого режима вращения является повышенная энергоемкость процесса, являющаяся следствием несоответствия производительности биобарабанов производительности последующего в технологической цепи оборудования.

Для обеспечения оптимальных условий жизнедеятельности аэробной микрофлоры в биобарабаны необходимо подавать воздух из расчета 0,2-0,6 м³ на 1 кг обезвреживаемых ТБО. В процессе аэробного разложения выделяются диоксид углерода и вода.

Биотермическое аэробное компостирование может сопровождаться очаговым анаэробным процессом. Анаэробные явления могут быть связаны с недостаточной аэрацией отдельных зон биобарабанов или длительным складированием ТБО до их подачи в биобарабаны. В процессе анаэробного разложения выделяется индол, скатол и сероводород.

Аэрация наряду с интенсивным перемешиванием и измельчением материала способствует ликвидации анаэробных зон. Аэрация способствует снижению влажности компостируемого материала, что важно для последующих грохочения, сепарации и дробления компоста, которые наиболее эффективно осуществляются на материале с влажностью не более 50 %.

В зимний период с целью снижения потерь тепла в биобарабаны подают минимальное количество воздуха - 0,2-0,3 м³ на 1 кг перерабатываемого материала, а в осенний период – подачу воздуха увеличивают до 0,3 м³ на 1 кг материала.

В процессе обезвреживания ТБО в биобарабанах увеличивается их плотность за счет истирания бумаги, картона и пищевых отходов. В биобарабан поступают ТБО плотностью 160-230 кг/м³, а у разгрузочного торца их плотность достигает при 2-х суточном цикле переработки 800 кг/м³. Средняя плотность массы, находящейся в биобарабане, составляет 540 кг/м³.

Увеличение длительности пребывания компостируемой массы в биобарабанах приводит к существенному повышению плотности, достигающей 1000 кг/м³.

При выгрузке из биобарабана увеличивается пористость компостируемой массы, и ее плотность снижается до 500 кг/м³.

Компост, получаемый на МПЗ, используют в качестве биотоплива для теплиц или (после 2-3 месячной выдержки в штабелях) в виде органического удобрения. Он улучшает состав и структуру почвы и увеличивает количество в ней питательных веществ, так как представляет собой рыхлый продукт, в сухом веществе которого содержится (в процентах) азота – до 1, фосфора – 0,6, калия -0,3, кальция -2,5 и органического вещества 60.

В результате многих исследований установлено, что компост безопасен для сельского хозяйства. Болезнетворные организмы, которые могут поступать с отходами, при образовании компоста под действием высоких температур и антибиотиков погибают. Однако смешанные городские отходы содержат большое количество микропримесей металлов, среди которых находятся сильно токсичные вещества, влияющие на здоровье людей. Недостатком компоста являются его сезонные использования и необходимость длительного хранения, что требует больших земельных участков. Из-за небольшого содержания питательных веществ транспортирование компоста на большие расстояния экономически нецелесообразно.