1514

ментов, поглощающих практически весь объем производимых продуктов компостирования:

–сельское хозяйство;

–ландшафтная индустрия;

–садоводство, зеленое хозяйство, питомники, теплицы;

–общественное потребление (коммунальное хозяйство и другие инженерные инфраструктуры, гражданское, промышленное идорожное строительство идр.);

–другие резиденты – потребители индивидуального масштаба. Использование компостов различных типов и качества, произведенных из

органических отходов (животноводства, птицеводства, органических промышленных отходов, органической фракции муниципальных отходов и др.), в каждом из перечисленных сегментов потребления ведется в соответствии с потребностями сложившегося рынка по критериям качества, пригодности для решения конкретных задач, приемлемости состава, согласно соответствию нормативно-правовым требованиям экономической доступности и целесообразности, конкурентным преимуществам в сопоставлении с другими материалами, обладающими подобными свойствами, наличию технических решений по их использованию.

Кроме этих экономических, технических, нормативно-правовых критериев на масштаб и области использования целевых продуктов компостирования влияют и такие обстоятельства, как экологическая грамотность и экологическое сознание потенциальных потребителей, развитость нормативно-правовой базы, политическая воля властных органов всех уровней в части поддержки компостирования, уровень благосостояния населения, экономическая ситуация и много других социальных, политических и экономических факторов.

Необходимо отметить, что кроме традиционной для компостирования органической фракции ТБО в последние десятилетия отмечается увеличение объемов переработки этим методом и других отходов, которые являются проблемными – осадков сточных вод после их биологической очистки, ряда промышленных отходов, образующихся в лесоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, на предприятиях по переработке овощей, фруктов, мясо-молоч- ных, пивоваренных и других, подобных им, промышленных предприятиях.

За последние десятилетия в результате реализации многих национальных программ по экологическому образованию широких слоев населения, в том числе учащихся, потенциальных производителей и потребителей компостов, активной позиции властных структур всех уровней по стимулированию компостирования, развития нормативно-правовой базы обращения с отходами с выделением компостирования как одного из приоритетных направлений развития рынка компостных материалов в большинстве стран отмечается быстрое развитие компостирования.

81

Анализ динамики обращения с органическими отходами в большинстве стран мира позволяет сделать вывод о том, что новые экономические условия, переход на постиндустриальное развитие и практическую реализацию стратегии устойчивого развития определяют высокую перспективность дальнейшего развития компостирования как одного из важных направлений обращения с отходами производства и потребления.

2.2.Анализ основных санитарно-эпидемиологических

иэкологических рисков, возникающих при обращении

сорганическими отходами в процессах их компостирования

Анализ морфологического и вещественного состава органической фракции муниципальных отходов, условий образования и обращения с ней на всех этапах жизненного цикла – от сбора, выделения, транспортировки, процессов механической (измельчение, пересыпки, ворошение) и биологической (выдержка в буртах, биобарабанах, биотуннелях, биобашнях, компостерных установках различной модификации) обработок, созревания и формирования товарных партий готового целевого продукта свидетельствует о том, что в ней могут содержаться дурнопахнущие вещества, токсичные материалы (особенно соли тяжелых металлов, канцерогены, аллергены), патогенные и условно патогенные микроорганизмы и простейшие, яйца гельминтов [8, 18–25].

Согласно результатам исследований [8, 24–25] условия труда персонала, занятого в технологических переделах органической фракции муниципальных отходов, особенно на этапах механической и биологической обработок, характеризуются как вредные, преимущественно второй степени по критериям и классификации условий труда, принятых в Российской Федерации [26].

Контакт персонала, а также населения с исходным материалом, используемым для приготовления компоста, еще не прошедшего термического обеззараживания, опасен в эпидемиологическом отношении, так как при несоблюдении элементарных гигиенических правил может произойти заражение инфекционными и паразитарными болезнями.

Группа немецких ученых в апреле 2008 года поднимала вопрос об опасностях, связанных с разложением растительных отходов и образованием в больших количествах грибковых спор. Они отмечали, что контакт человека с этими грибковыми спорами может привести к развитию аллергических реакций, приступам астмы и симптомам, аналогичным при заражении сенной лихорадкой.

У персонала, работающего на компостных предприятиях, отмечаются симптомы, характерные для респираторных заболеваний, воспаления слизистых обо-

82

лочек глаз, поражения кожи, аллергические реакции, паразитарные и кишечные инфекционные заболевания.

У населения, проживающего на расстоянии до 300–400 м от компостных предприятий, отмечаются жалобы на неприятные запахи. При этом заболеваемость практически не отличается от контрольных групп [27].

Большую опасность при обращении с отходами, поступающим на компостирование, и в процессах компостирования представляют биологические загрязнения.

Это определяет необходимость обеспечения эпидемиологической и сани- тарно-гигиенической безопасности при компостировании органической фракции муниципальных отходов.

При правильно организованной работе по сбору, транспортировке, переработке и обезвреживанию этих отходов отсутствует опасностъ для здоровья работающего на этих операциях персонала и не происходит загрязнения окружающей среды.

При нарушении технологии компостирования возможно загрязнение почвы вредными веществами из компостируемой массы, загрязнение атмосферного воздуха пылью, запахами, загрязнение водных объектов водорастворимыми загрязняющими веществами. Возможны размножение насекомых, грызунов, птиц, возникновение эпидемиологической опасности.

Современное состояние науки и техники по управлению рисками позволяет обеспечить достижение приемлемых уровней санитарно-эпидемиологических и экологических рисков при обращении с органической фракцией муниципальных отходов путем внедрения эффективных систем раздельного сбора отходов, исключения из них опасных в токсикологическом отношении материалов, использования экологических современных технологий обработки отходов в процессах компостирования, исключающих выбросы и сбросы выше безопасных уровней, и получение нормативного экологически благоприятного качества целевых продуктов.

В связи с тем, что получаемые целевые продукты при компостировании могут содержать в себе остаточные количества солей тяжелых металлов и других ЭХВ, их использование путем внесения в почву или другие объекты окружающей среды должно вестись таким образом, чтобы, учитывая местные климатогеографические условия, санитарные характеристики почвы – приемника этих продуктов, способы, количество и частота внесения не должны привести

ксозданию неблагоприятных экологических нагрузок.

Сэтой целью должны быть разработаны и использоваться рекомендации по применению целевых продуктов компостирования.

83

2.3. Факторы, влияющие на процесс компостирования органических отходов

Органические компоненты отходов, а также неконсервативные неорганические вещества, входящие в состав компостируемой массы, в процессе компостирования подвергаются воздействию большого числа биологических и абиотических факторов. Из биологических факторов наибольшее значение имеют микробиальное сообщество, простейшие и более высоко организованные животные организмы (черви и др.), растения. Из абиотических факторов наиболее важны кислород, водород, рН, щелочность, сульфаты, азот, ингибиторы, температура, влажность. В совокупности эти факторы определяют скорость и глубину разложения компонентов отходов.

Кроме этих основных факторов в процессах компостирования не менее важны вещественный состав и свойства отходов, которые подвергаются компостированию. К этим свойствам относятся – химический состав, физические свойства, в особенности агрегатное состояние и крупность частиц, массовые характеристики, сбалансированность питательных веществ, содержание балластных и загрязняющих веществ.

От физических, химических и биохимических процессов, протекающих в компостируемом субстрате, в конечном итоге зависят время биоконверсии отходов, количество и качество получаемых целевых продуктов, а также образующиеся при этом газы, водорастворимые компоненты, неутилизируемые остатки (выбросы, сбросы и твердые отходы), которые определяют загрязняющее влияние компостных объектов на окружающую среду, персонал и население.

Знание этих процессов и факторов влияния и умение управлять ими позволяет активно влиять на характер и уровни возникающих санитарно-эпидемио- логических и экологических рисков, снижая вероятность их возникновения и тяжесть последствий до приемлемого уровня.

Сырьем для производства компоста являются органические фракции твердых бытовых и муниципальных отходов, органические отходы сельского хозяйства (полеводства, овощеводства, животноводства, садоводства, цветоводства

идр.), пищевой промышленности (мясо-молочной, консервной, сахарной, мукомольной и др.), торговли пищевыми продуктами, общественного питания

имногих других объектов, где в отходах высоко содержание органических биоконверсируемых материалов.

Внаселенных пунктах основную долю органических муниципальных отходов составляют органические фракции ТБО, илы сооружений по очистке хозбытовых сточных вод, лесопарковые отходы, а также органические отходы из мест их компактного образования (рынки, овощные базы, объекты торговли и общепита).

84

Вмировой практике к органической фракции отходов, подлежащей компостированию, принято относить:

– биологические отходы (остатки овощей, фруктов и других пищевых продуктов, кости, роговидное вещество, фекалии);

– садовые и парковые отходы (дерево, обрезь деревьев и кустарников, укос газонов, листва, солома);

– органические остатки пищевой индустрии (отходы скотобоен, мясокомбинатов, молокозаводов и других пищевых предприятий):

– экскременты животных;

– бумагу, картон;

– текстильные отходы.

Поставщиками таких отходов являются жилищный фонд, рынки, предприятия торговли и общественного питания, дошкольные и учебные заведения, предприятия пищевой промышленности и др. [10].

Критериями отнесения отходов к категории сырья для производства компоста являются: содержание в них органических веществ не менее 45 % (от сухой массы); способность к биоконверсии; содержание балластных неорганических веществ и загрязняющих компонентов на уровнях, не препятствующих технологическим процессам получения компоста, и содержание которых в целевых продуктах компостирования не будет выше допустимых пределов, регламентируемых национальными нормативами, требования которых существенно различны в отдельных странах [10–12].

Кроме организованных крупных потоков органической фракции муниципальных отходов из мест их компактного образования (рынки, объекты торговли

иобщепита, пищевая промышленность, садово-парковое хозяйство, зеленое строительство и др.) в населенных пунктах, где внедрен раздельный (полный или частичный) сбор отходов, значительный удельный вес имеет категория «зеленых отходов», которые выделяются из общего потока отходов и транспортируются отдельно от них, и направляются непосредственно на объекты компостирования.

Всвязи с развитием в мировой практике раздельного сбора отходов и принятия в ряде стран нормативно-правовых актов об ограничении приема на захоронение на полигоны ТБО органических отходов существенно увеличился поток органических отходов, направляемых на компостирование.

Количество органических отходов, в пересчете на одного жителя, различается в зависимости от экономических, этнических, климато-географических

ииных условий, но в среднем составляет около 25–35 % от общего образования муниципальных отходов.

Морфология органической фракции муниципальных отходов представлена в основном компонентами, характерными для органической части ТБО – пищевые отходы, садово-парковые отходы, бумага, картон, биодеградирующаяся

85

упаковка, древесина, илы очистных сооружений хозбытовых сточных вод, отходы содержания домашних животных.

Качество отходов, подвергающихся компостированию, является важным фактором, от которого в последующем зависит правильность протекания всего процесса компостирования, а также качество получаемого продукта – компоста.

При оценке качества отходов, формирующих субстрат для компостирования, рассматривается ряд показателей, в том числе их химический состав, физи- ко-механические свойства, биологические характеристики.

При выборе метода компостирования кроме морфологии, вещественного, химического и фракционного состава необходимо иметь информацию об общих свойствах отходов, их элементном составе и агрохимических показателях, которые приведены применительно для городских поселений в усредненном виде в табл. 2.1.

При входном контроле на российских предприятиях, производящих компост, не допускаются на переработку пораженные вредителями отходы садов и парков, отходы с примесью радиоактивных, дезинфицирующих и токсичных веществ и других материалов, оказывающих тормозящее действие на биологический процесс компостирования.

Кроме химического состава и физических свойств (агрегатного состояния, крупности частиц, плотности, влажности и др.) важное значение для компостирования имеют биологические факторы. К ним относятся представители биоты,

86

населяющие компостируемую массу. Их можно подразделить на три большие группы консументов – первичных (поедающих органические отходы), вторичных (поедающих первичных консументов) и третичных (поедающих вторичных консументов). Схематично эти группы консументов могут быть представлены в виде пирамиды (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Пирамида консументов при компостировании органических отходов

Восновании пирамиды находятся растительные отходы – источник пищи

иэнергии для первичных консументов.

Первичные консументы поедают органические отходы, измельчают их, что приводит к образованию больших поверхностей раздела фаз – твердого, жидкого и газообразного. Создание таких больших свободных поверхностей за счет измельчения частиц отходов способствует более эффективной деятельности микроскопических грибов, бактерий и актиномицет – группе организмов, занимающих промежуточное положение между бактериями и истинными грибами. Первичные консументы выполняют важную роль – они, измельчая и пропуская через свои организмы органические отходы, подго-

87

тавливают условия для развития грибов, бактерий и актиномицетов, которые в свою очередь являются пищей для большой группы организмов, таких как различные виды клещей, земляные блохи и многие другие, типичные для почвы организмы.

Многие виды червей, включая различных земляных червей, нематод, красных червей и других, не только поедают органические материалы, но и образуют специфические ходы (туннели, отверстия) в компостируемой массе, что способствует аэрации материалов, более равномерному распределению влаги, воздушных зон, уменьшает слеживаемость мелких фракций отходов, повышает площадь контактных поверхностей для размещения микробов и других деструкторов отходов.

По численности, массе и значению среди всех представителей биоты при компостировании ведущую роль играют микроорганизмы. Они строят свои клеточные структуры и тела за счет использования (усвоения) вещества отходов. В результате их деятельности усвояемая ими часть отходов превращается в биомассу и экскременты, которые служат пищей для консументов второго порядка.

Всвою очередь консументы второго порядка (их биомасса и экскременты) также являются пищей для третичных консументов.

Впроцессе прохождения вещества отходов через ступени пирамиды (от первичных до третичных консументов) происходит не только его измельчение и трансформация, но и существенное уменьшение массы за счет энергетических потерь, и превращение его в конечном итоге в компост или иные целевые продукты компостирования.

Компостирование можно охарактеризовать как динамический микробный процесс, протекающий благодаря активности сообщества микроорганизмов различных групп. Численность и видовой состав микрофлоры и микрофауны в процессах компостирования зависят от типа (аэробные или анаэробные) и фазы процесса.

На начальных стадиях процесса в ходе саморазогревания при компостировании до 25–30 °С микроорганизмы представлены в основном бактериями, грибковой плесенью, простейшими нематодами, способными разрушать легкорастворимые вещества (крахмал, сахара, белок). Микроорганизмы могут поглощать только молекулярно растворенные вещества. Большинство из них выделяет экзоферменты, способствующие лучшему растворению этих веществ. Процесс всасывания питательных веществ осуществляется в результате осмотического давления. Чем выше концентрация питательных веществ, тем быстрее идет процесс всасывания. Если концентрация питательных веществ вне клеток становится такой же, как и в протоплазме микробной клетки, или меньше, то всасывание питательных веществ вследствие снижения осмотического давления прекращается

иклетка отмирает.

88

При переувлажненной компостируемой массе содержание в ней кислорода снижается и создаются анаэробные условия – выделение дурно пахнущих соединений, органических кислот и гибель аэробных микроорганизмов.

При дальнейшем развитии процесса компостирования при температуре 40–50 °С простейшие организмы, мезофильные бактерии, грибковая плесень вытесняются термофильными бактериями и актиномицетами, которые имеют более мощные ферменты, способные разрушать такие органические вещества, как целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, а также жиры. В этом диапазоне температур резко возрастает интенсивность биохимических процессов и идут не только деструктивные процессы, но и образование новых клеток, где азот остается в связанном виде. Это уменьшает его потери в виде аммиака, которые характерны для мезофильной фазы.

При дальнейшем росте температур достигаются пределы интенсивности развития микроорганизмов, после чего начинается сначала частичная, а затем и полная потеря жизнеспособности и их отмирание.

Микроорганизмы вызывают преобразование находящихся в компостируемой массе элементов С, О, Н, N, S и Р в новые клетки и продукты обмена веществ. При аэробном процессе обычно образуются новые клеточные тела микроорганизмов и выделяются за их пределы углекислота (СО2), вода (Н2О) и тепло (8–10 ккал на 1 г углерода).

При анаэробном процессе органические вещества вначале разлагаются в слабокислой среде и образуют промежуточные продукты (альдегиды, спирты, аммиак, органические кислоты и сероводород), которые затем при воздействии анаэробных микробов превращаются в конечные продукты– углекислоту, аммиак, сероводород. Из 1 г углерода анаэробные бактерии выделяют 1,866 л газа, содержащего 65 % метана. Нижний предел теплоты сгорания этого газа 10,37 ккал. Таким образом, как при аэробном, так и при анаэробном процессах при разложении 1 г углерода получается почти равное количество тепла, только при аэробном оно выделяетсянепосредственно, апри анаэробном может быть получено при сжигании смеси газов брожения.

Анализ особенностей протекания микробиологических процессов при компостировании показал, что компостируемая масса разогревается быстрее, если ее оросить иловой водой или добавить готовый компост, содержащий обильную специфическую микрофлору.

Потери азота в виде аммиака можно сократить, увеличив соотношение C/N выше 17–20. Тогда азот будет более интенсивно связываться в клеточных субстанциях и не будет выделяться в атмосферу в виде аммиака.

Выделения сероводорода в атмосферу можно избежать, если держать первоначальную влажность компостируемой массы ниже 45 %, а кислород равномерно распределять по всей компостируемой массе. При этом произойдет пол-

89

ное окисление сероводородных продуктов, и процесс компостирования не будет сопровождаться неприятным запахом.

Процесс компостирования зависит от активности микроорганизмов, которые нуждаются в источнике углерода для получения энергии и вещества для образования новых клеток, а также в источнике азота для синтеза клеточных белков. В большинстве процессов компостирования эти потребности удовлетворяются за счет исходного состава органических отходов, только отношение углерода к азоту (C/N) и уровень фосфора могут нуждаться в корректировке. Потеря азота за счет улетучивания аммиака может быть частично восполнена благодаря активности бактерий-азотфиксаторов, появляющихся в основном при мезофильных условиях, на поздних стадиях биодеградации. Показано, что биологическая фиксация азота ингибируется аммиаком и высокими температурами, поэтому она происходит на поздних стадиях процесса.

Кроме микроорганизмов в процессах биоконверсии органических отходов при компостировании активное участие принимают различные виды макроорганизмов – типичных представителей почвенных макроорганизмов, которые в естественных условиях принимают участие в процессах почвообразования, перемещения веществ по профилю почвы, создания прочной комковатой структуры, определяющей благополучный водный и воздушный режим, играют большую роль в очистке почвы от привносимых загрязнителей, их разрушении, преобразовании и утилизации.

На протекание процессов компостирования важное влияние оказывают такие факторы, как влажность, температура, аэрация, реакция среды (рН).

Вода в компостируемой массе выполняет несколько функций: транспортную (перемещение питательных веществ к микроорганизмам и распределение микрофлоры между отдельными частицами отходов); разбавительную (разбавляет ингибиторы, токсичные материалы); регулирующую свободное газовое пространство в компостируемых материалах. Повышенная влажность отходов приводит к переходу процессов в анаэробную стадию и способствует увеличению при этом выхода метана.

При влажности менее 30 % от общей массы отходов скорость биологических процессов резко падает.

При влаге ниже 20 % невозможны никакие биологические процессы и происходит гибель микроорганизмов, так как между ними и окружающей средой отсутствует обмен веществ [12].

Избыточная влажность приводит к заполнению водой пустот между частицами отходов, что вызывает вытеснение воздуха и создание анаэробных условий, препятствующих процессам компостирования. Поэтому необходимо осуществлять мероприятия по регулированию влагосодержания в компостируемом материале и обеспечивать защиту компостируемого материала при

90