2814.Управление отходами. Механобиологическая переработка твердых бытовы

Дождевые черви, пожирая отходы, быстро размножаются. Биомасса червей представляет интерес как ценный источник белкового питания домашней птицы, прежде всего кур [8, 9]. Кроме кур дождевых червей охотно поедают свиньи, утки, гуси. Мука из червей превосходит рыбную и соевую.

Проведены исследования по применению белковых веществ биомассы вермикулътуры в детском лечебном питании как протекторных и антитоксических депрессантов, так как население территорий, находящихся в условиях экологического стресса, подвергается многофакторным нагрузкам, результатом которых могут являться различные формы неблагоприятных имунно-зависимых, аллергических, соматических проявлений вследствие снижения неспецифической резистентности организма.

В литературных источниках достаточно полно описаны субстраты, которые успешно разлагаются дождевыми червями: сельскохозяйственные отходы, отходы пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности, кожевенных фабрик, имеются работы по переработке вермикультурой таких отходов, как ботва, солома, клубни, фрукты, навоз, пищевые отходы, опил [10, 11].

Удобрение вермикомпост способствует воспроизводству плодородия почв

изначительному повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Производители компоста стараются максимизировать его выход. Для этого используют специальных червей, которые обладают повышенной прожорливостью (производительностью) и плодовитостью.

Производители компоста стараются максимизировать его выход. Для этого используют специальных червей, которые обладают повышенной прожорливостью (производительностью) и плодовитостью.

Для увеличения выхода вермикомпоста необходимо организовать оптимальный технологический процесс. Черви должны иметь максимально комфортные условия для своей работы (выработки вермикомпоста). В зависимости от технологической оснащенности и размера предприятия технологии производства вермикомпоста могут быть различными – от полностью механизированных до простых буртов. Важно, чтобы используемые технологии и устройства для их реализации позволяли бы соблюдать оптимальный период вермикультивирования, что оказывает значительное влияние на качество получаемого вермикомпоста.

Для успешного производства вермикомпоста нужны оптимальный состав

испособ подготовки органического субстрата для червей. Для подготовки субстрата в основном используется навоз различного происхождения. Навоз может смешиваться с другими органическими веществами, такими как торф или опилки. В принципе дождевые черви могут производить вермикомпост из любых органических отходов. Важны правильная подготовка органических отходов субстрата и их достаточное количество [12].

171

Организация переработки пищевых отходов вермикультурой не вызывает особых сложностей. Именно поэтому промышленные технологии переработки этой фракции БО с помощью червей получили наиболее широкое распространение. За короткий промежуток времени (1,5–2 мес.) при соблюдении всех параметров процесса можно получить из пищевых отходов органическое удобрение – биогумус.

Достаточно обширные теоретические разработки по вермикомпостированию органических отходов и успешный практический опыт позволили сформулировать общие методические подходы и требования к организации вермикомпостирования в промышленных масштабах. В общем виде эти требования сводятся к следующему: успешное использование дождевых червей в процессах переработки органических отходов в промышленных масштабах возможно при условии создания для них оптимальных условий, удовлетворяющих биологическим потребностям вида. К основным факторам, определяющим не просто выживаемость червей, но и стимулирующих их жизнедеятельность, относятся: качество исходного субстрата, температура, наличие кислорода, влажность субстрата.

Вместе с тем при организации работ по переработке органических промышленных отходов или непищевых органических фракций муниципальных отходов с помощью вермикультуры возникают большие трудности методического и практического характера из-за отсутствия достаточного опыта в этих конкретных областях вермикомпостирования.

Это определяет актуальность проведения исследований по переработке органических промышленных отходов с помощью вермикультуры с целью получения необходимой информации по подбору технологий, определению параметров ведения процесса, оптимизации количественного выхода вермикомпоста и достижению заданного его качества.

Несмотря на то, что способность ряда видов почвенных червей перерабатывать органическое вещество отходов, попадающих в почву (отмершие части растений, навоз, нечистоты, кухонные отбросы, отходы овощеводства и т.д.),

вбиогумус было известно еще в XVIII–XIX веках, до конца XIX века использование вермикомпостирования не применялось в промышленных масштабах, несмотря на очевидность возможности использования червей для переработки органических отходов.

Использование метода вермикомпостирования в начале XX века не имело массового характера и применялось в ограниченных масштабах любителями

виндивидуальных хозяйствах.

Такое состояние вермикомпостирования продолжалось до 30-х годов прошлого века, когда появились первые предприятия по производству червей и вермикомпоста.

172

Повышение интереса к дождевым червям в середине XX века зарубежные специалисты связывают с обострением экологических проблем, в частности, с растущим загрязнением окружающей среды отходами, тяжелыми металлами, радионуклидами и средствами химизации. Привлекательность для многих метода вермикультуры заключена в его биологической основе, исключающей опасность загрязнения среды нежелательными веществами. Особое внимание к вермикультуре проявляют сторонники альтернативного земледелия, выступающие за отказ от применения минеральных удобрений и пестицидов и призывающие к широкому использованию компостов, способных поддерживать на высоком уровне биологическую активность почв.

Внастоящее время в ряде стран за рубежом с большим коммерческим успехом работают многие фирмы, специализирующиеся на утилизации бытовых, сельскохозяйственных и промышленных отходов на основе технологий вермикомпостирования. Только в США около 1500 относительно крупных

имножество мелких фирм специализируются в получении вермикомпоста. Созданы крупные установки, способные перерабатывать до 150 т отходов в сутки. В Италии вермикомпостирование получило распространение после 1976 года, когда туда была завезена специальная вермикультура – красный калифорнийский червь.

ВДании разработана и внедрена технология переработки ТБО и некоторых видов промышленных отходов с помощью вермикультур. ТБО сортируют с целью удаления металлического лома, дробят и увлажняют путем добавки жидкого осадка сточных вод городских систем канализации и укладывают в хорошо аэрируемые невысокие бурты. По мере оседания массы бурты наращивают до нужной высоты. Этим исключаются излишний перегрев компостируемой массы и выделение газов, губительных для червей. Плотность заселения червей принята от 5 до 30 тыс. экземпляров на 1 м2. Влажность близка к насыщению. Соотношение C/N поддерживают на уровне 15 : 35.

ВСША специально для задач вермикультивирования ТБО и сельскохозяйственных отходов выведен особый вид дождевых червей – красный калифорнийский. По своим характеристикам калифорнийский червь отличается от обычных более высокой скоростью размножения, длительным сроком жизни

ипрожорливостью. Вместе с тем он теплолюбив, не способен выносить условия суровой зимы в открытом грунте. Кроме того, закупка калифорнийского червя связана со значительными финансовыми затратами.

Наличие такого высокопродуктивного вида червя, накопленный опыт вермикомпостирования в фермерских хозяйствах привели к быстрому распространению вермикомпостирования в США, где разведением червей занимаются как отдельные фермеры, заинтересованные в ликвидации образующихся в процессе сельскохозяйственного производства растительных остатков и жи-

173

вотноводческих отходов, так и фирмы, специализирующие на утилизации промышленных отходов.

Накоплен значительный опыт по переработке в компост методом вермикультуры осадка сточных вод. Так, на полях аэрации водоочистительного предприятия г. Лафкин (штат Техас, США) жидким осадком заполняют чеки, на дно которых укладывают опилки, и заселяют их червями. Чеки сверху накрывают пленкой. Через некоторое время отходы, ранее не находившие применения, превращаются в удобрения [4].

В настоящее время одно из самых крупных вермихозяйств находится в США, где используется технология вермибуртов, – компания ARR (г. Уэстли, Калифорния). Это вермихозяйство способно перерабатывать до 75 тыс. т/год органических отходов на площади 28 га. Дождевых червей кормят пульпой, получаемой из предварительно обработанного картона, томатных выжимок, растительных отходов с добавлением навоза.

ВЯпонии разработан способ содержания дождевых червей в заглубленном бассейне, где в течение суток перерабатывается 40 т различных отходов. В Швейцарии, США, Японии созданы крупные установки промышленного типа, на которых перерабатывают с помощью червей до 150 торганических отходоввсутки.

На компост с помощью дождевых червей перерабатывают отходы, трудно поддающиеся утилизации. Это прежде всего отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Активные исследования в этом направлении ведутся в Японии. Удобрение, получаемое из данных отходов методом вермикультуры, вносят под технические культуры.

ВГермании создано Объединение по содействию развития вермикулътуры, которое работает в тесном контакте с Министерством охраны окружающей среды. Оно оказывает помощь в проведении научных исследований по вермикультуре, в изучении пригодности различных отходов для разведения червей, содействует расширению сферы применения вермикомпостов [13].

Вермикомпостирование дает возможность быстро перерабатывать на удобрение бытовые и некоторые виды промышленных отходов. Городской мусор предварительно сортируют, удаляют металлические предметы, измельчают, увлажняют (часто для этого применяют жидкий осадок сточных вод) и укладывают в невысокие, хорошо аэрируемые бурты, которые по мере оседания наращивают до прежней высоты. Это позволяет избежать излишнего перегрева компостируемой массы, выделения газов, губительных для червей. Плотность заселения червями колеблется от 5 до 30 тыс. экз./м2. Влажность компостируемых отходов поддерживают на уровне, близком к полному насыщению. Соотношение С : N в компостируемой массе рекомендуют поддерживать на уровне 15 : 35 [4, 14].

174

Дозревание компостов, получаемых при помощи червей, происходит быстрее, чем обычных компостов. Это объясняется лучшим измельчением отходов червями. В результате увеличивается площадь контакта с микроорганизмамидеструкторами, участвующими в разложении отходов, при этом создаются благоприятные условия для жизнедеятельности организмов, подавляющих развитие патогенных бактерий и сальмонелл, что способствует обеззараживанию компоста [15]. В таком компосте больше питательных элементов, доступных растениям [16]. В результате лучшей водопрочной структуры компостов элементы минерального питания растений в меньшей степени вымываются осадками, ускоряется процесс минерализации органического азота.

Детоксикационная роль компостов проявляется в том, что они способствуют переходу тяжелых металлов в малоподвижные соединения [17].

Проведенный обзор состояния проблемы вермикомпостирования органических отходов в зарубежных странах позволяет сделать вывод о том, что в США, Канаде, Великобритании, Индии, Южной Корее, Филиппинах и других странах в последние 10–20 лет технология вермикомпостирования широко и успешно используется для переработки различных видов органических отходов, в том числе и органической фракции ТБО. Прежде всего это связано с тем, что cбоp муниципальных отходов в зарубежных странах производится раздельным способом, что упрощает переработку органической фракции ТБО при постоянном усовершенствовании методов вермикомпостирования и производстве различными фирмами специального оборудования, начиная от домашних вермикомпостеров до крупномасштабных автоматических вермикультиваторов [4].

Во многих странах проводятся широкие маркетинговые исследования, сформировался рынок поставки оборудования и устройств для вермикомпостирования, сбыта и широкого использования вермикомпоста, биомассы червей, продуктов ее переработки, поставки и потребления маточных культур, широкого предложения высокопродуктивных штаммов, адаптированных к различным видам отходов, разнообразным климатогеографическим условиям.

Вермикомпостирование стало весьма популярным и прибыльным бизнесом. В него постоянно активно вовлекаются широкие слои населения. Созданы различные государственные и общественные организации, пропагандирующие вермикомпостирование.

Особо следует отметить активную работу государственных органов по внедрению вермикомпостирования в учебных заведениях, что кроме прагматических результатов имеет и большое воспитательное значение. Так, в США вермикомпостирование весьма широко используется по всей территории страны в школах, университетах, колледжах, офисах и на военных базах. К сожалению, в нашей стране вермикомпостирование ведется в ограниченных масштабах. Вермикомпостирование, являясь само по себе весьма эффективным в эко-

175

номическом и экологическом отношениях методом переработки и утилизации органических отходов, представляет и большой интерес как один из элементов организации сельскохозяйственного производства на принципах максимального возврата в почву изымаемых из нее с урожаем питательных веществ, восстановления ее структуры, плодородия и урожайности.

Внастоящее время вопросами вермикультивирования занимаются более 50 областей, краев и республик Российской Федерации и примерно свыше ста производств в республиках СНГ [17].

Если в период 90-х годов прошлого века в основном это были небольшие товарищества с ограниченной ответственностью, фермеры, малые предприятия и другие организации с небольшим объемом производства, то в последнее десятилетие вермикультивированием в силу его экономической выгодности и высокой рентабельности, а также сложившемся на рынке реализации продуктов вермикомпостирования в этот процесс включились и крупные аграрные фирмы и производители.

Вэтих новых сложившихся экономических реалиях, когда в нашей стране появился спрос на высокопроизводительные интенсивные технологии вермикультивирования и вермикомпостирования на основе переработки не только таких традиционных отходов, как навоз крупного рогатого скота, свиноводства

иптичьего помета, отходов полеводства и садоводства, но и органической фракции муниципальных отходов, осадков после БОС, органических промышленных отходов, возросла актуальность проведения научно-исследовательских работ в этом направлении.

На кафедре охраны окружающей среды ПНИПУ более двадцати лет проводятся научные и опытно-конструкторские работы по совместной переработке органической фракции муниципальных отходов, ряда промышленных отходов (целлюлозно-бумажных комбинатов, осадков БОС нефтехимических предприятий, свиноводческих и птицеводческих объектов) на основе вермикомпостирования. В результате были разработаны высокопроизводительные биореакторные технологии, позволяющие решить проблему переработки этих отходов в промышленных масштабах.

Возросшие объемы вермикультивирования в нашей стране и особенно вовлечение значительных объемов органических отходов в процессы вермикомпостирования привели к появлению на рынке больших объемов биогумуса

ибиомассы червей как товарного продукта. При этом необходимо отметить, что в нашей стране отсутствует достаточная нормативно-правовая база по регламентации и контролю качества этих продуктов и научно-обоснованных рекомендаций по использованию.

К сожалению, до последнего времени практическое использование биогумуса, как правило, основывается на не систематизированных данных зарубеж-

176

ной литературы, без научного обеспечения и, как следствие, без надлежащего агрохимического и санитарно-гигиенического контроля со стороны агрохимической службы и санэпиднадзора. Необходимо дальнейшее проведение работы в этом направлении [18].

Особую озабоченность вызывает практическое отсутствие рекомендаций по входному контролю материалов отходов, направляемых на вермикомпостирование. Возможность наличия в них опасных загрязняющих веществ типа солей тяжелых металлов, других токсикантов, способных к накоплению в биомассе червей в концентрациях, превышающих допустимые, может привести к тому, что целевые продукты вермикомпостирования могут быть опасными для потенциальных потребителей. Бесконтрольное их использование чревато большими экологическими и санитарно-токсикологическими рисками, что должно быть учтено не только производителями и потребителями этих продуктов, но и уполномоченными контролирующими органами. Население должно быть информировано о качестве этих продуктов и иметь гарантии их безопасности.

3.2. Основные технологии вермикомпостирования органических отходов производства и потребления

Известны несколько основных технологических схем вермикомпостирования – ящичные, вермиконтейнерные, буртовые, траншейные и вермиреакторные, которые различаются между собой по ряду показателей: экономических (капитальных и эксплуатационных затрат); экологических (необходимость организации санитарно-защитных зон, наличия выбросов, сбросов и размещения в окружающей среде остатков неутилизируемых отходов); социальных и политических (создание и функционирование рабочих мест – занятость населения, вклад в решении экологических проблем, устойчивого развития и др.); уровнем использования материальных, энергетических и земельных ресурсов; соотношением затрат ручного и квалифицированного труда; сезонным или постоянным характером работы; требованиями к качеству исходного сырья (отходов); возможностью использования высокопроизводительных установок и устройств; требованиями по подбору и использованию определенных видов червейдеструктантов.

Все технологические схемы вермикомпостирования включают следующие основные процессы: подготовка отходов; подбор вермикультуры; технические устройства и оборудование; рабочий технологический режим; контроль технологического режима; контроль качества получаемых целевых продуктов; подготовка биогумуса и биомассы для реализации.

177

Когда поступающее сырье для вермикомпостирования не требует проведения подготовительных операций типа сортировки, корректировки состава и влажности, измельчения, добавок необходимых компонентов, исключения опасных, нежелательных и балластных фракций, оно может непосредственно направляться на вермикомпостирование.

В тех случаях, когда на вермикомпостирование поступают ТБО, другие виды муниципальных и промышленных отходов, нуждающиеся в подготовке, они обычно подвергаются входному контролю, и по его результатам проводят сортировку с целью отбора балластных фракций – металлолома, камней, стекла, керамики. При необходимости в процессе сортировки из отходов удаляют вредные (опасные) фракции (ртутные элементы, лампы, токсичные вещества), текстильные синтетические материалы и т.д.

После сортировки отходы, при наличии в них крупных фракций (более 5 см), подвергают измельчению (дроблению).

Сухие отходы подвергают увлажнению с доведением влажности до 70–80 %. При избыточной влажности в отходы добавляют сухие компоненты: кору, солому, полову, газетную бумагу идр.

При недостаточном содержании органических материалов в отходы добавляют легкоокисляемые вещества типа навоза, отходов мясоперерабатывающих предприятий, кухонных отходов и прочие для обеспечения баланса соотношения C : N, корректировки содержания других питательных веществ. В отдельных случаях возникает необходимость добавления песка при низком его содержании в перерабатываемых отходах, так как оннеобходим для жизнедеятельности червей.

На рис. 3.1 представлена наиболее типичная схема площадки подготовки смешанных (несортированных) отходов к вермикомпостированию.

Позиция 6 обычно применяется только в тех случаях, когда необходима корректировка качества перерабатываемых отходов. Такая корректировка может проводиться не на стадии подготовки отходов, а непосредственно в основных технологических процессах.

Качество входного сырья, применяемые устройства и установки, климатогеографические условия места расположения объектов по промышленному вермикомпостированию, заданное время переработки отходов и качество целевых продуктовопределяют требования кнамечаемой к использованию вермикультуре.

Из практики известно, что только некоторые виды червей могут эффективно работать в условиях промышленных установок.

Такие факторы, как шум, вибрация, быстрое перемещение и резкое изменение плотности перерабатываемой массы отходов, механическое воздействие при контакте с подвижными элементами устройств и механизмов, периодическое воздействие яркого света, перепады температур и влажности, неблагоприятно сказываются на жизнедеятельности червей, начиная со снижения их производительности, размножения и вплоть до гибели популяции.

178

3.1.Схема площадки для подготовки отходов к вермикомпостированию:

1– доставка отходов; 2 – ленточный транспортер; 3 – сортировка по крупности; 4 – дробилка; 5 – смешение мелких фракций отходов с дробленными отходами; 6 – добавка необходимых компонентов для корректировки содержания органических и других материалов; 7 – материал для закладки буртов

Эти биологические особенности червей должны учитываться при подборе промышленной вермикультуры, которая будет работать в условиях воздействия этих факторов.

Обычно при подборе червей-деструктантов руководствуются следующими критериями: экономическая доступность товарных (коммерческих) штаммов; возможность использования местных видов червей, адаптированных к местным климатическим особенностям и качеству отходов; рапространенность; удобство массового сбора; повышенная прожорливость; подвижность; высокая скорость размножения; устойчивость к заболеваниям и физикохимическим воздействиям; быстрая приспособляемость к предложенным субстратам. В наибольшей степени этим критериям отвечают два довольно распространенных в России вида: навозный червь (Eisenia foetida) и малый вы-

ползок (Lumbricus rubellus).

В условиях промышленного интенсивного вермикультивирования в ряде зарубежных стран на крупных вермихозяйствах используется красный калифорнийский червь, обладающий рядом преимуществ перед малопроизводительными местными штаммами, но и не лишенный определенных недостатков.

С учетом этого подбор вермикультуры является сложной задачей, и ее решение возможно либо экспериментально путем подбора и адаптации известных видов червей к определенным условиям, либо по рекомендациям экспертовпрактиков, а также с использованием литературных данных.

Подбор технических устройств и оборудования для вермикомпостирования ведется с учетом масштаба производства, качества субстрата, местных кли-

179

матических условий, наличия земельных и производственных площадей, экономических условий.

Наиболее доступен в экономическом отношении буртовой метод вермикомпостирования.

Достаточно широко применяется траншейный метод вермикультивирования. Он имеет ряд преимуществ перед буртовым. Заглубление траншеи в землю до 0,6–1,0 м снижает теплопотери, уменьшает испаряемость влаги, защищает от неблагоприятного воздействия ветра. Это позволяет удлинить период активной работы червей на 1,0–1,5 месяца. Однако необходимость выбора площадки с низким стоянием грунтовых вод и выполнения гидроизоляции дна и бортов траншеи сдерживает широкое применение этого метода.

Общим недостатком буртового и траншейного методов является выраженный сезонный характер их использования (только в теплый период года). В условиях России, где ряд обширных территорий находится в холодных климатических условиях, которые в значительной мере препятствуют применению технологий переработки отходов вермикомпостированием под открытым небом, из-за короткого летнего периода деструкция отходовнеуспевает завершиться.

Серьезным недостатком траншейного и буртового методов является возможность выедания червей кротами и землеройками. Отсюда возникает необходимость защиты траншей и буртов от грызунов.

В известной мере этих недостатков лишены вермиреакторные технологии, которые можно применять при различных масштабах переработки отходов – от малых любительских до крупных вермихозяйств, где исключается сезонный характер работы и востребованы высокомеханизированные и полностью автоматизированные технологии.

3.2.1. Ящичная технология вермикомпостирования

При индивидуальном вермикомпостировании еще с середины прошлого века хорошо зарекомендовала себя ящичная технология для получения биомассы червей и биогумуса.

Суть ее заключается в том, что предварительно подготовленную в определенных пропорциях хорошо перемешанную массу отходов размещают в емкости (ящики, корзины, контейнеры и т.п.), куда затем вносят (заселяют) маточную культуру червей или их коконы.

Преимуществами такой технологии являются ее экономическая доступность (минимальные затраты на приобретение или изготовление ящиков и других подобных им устройств), возможность самообслуживания или, при необходимости, привлечения низкооплачиваемого персонала для эксплуатации этих устройств, возможность переработки органических отходов (от небольших до

180