1514

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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