ком гигиена Гончарюк

МЕРОПРИЯТИЯ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ПОЧВЫ

веществ твердых отходов при таких условиях происходит медленно — в те­ чение 2 лет, после чего на этом же поле можно выращивать сельскохозяй­ ственные культуры. Оценивая этот метод, следует отметить, что он все же не отвечает изложенным выше требованиям. Хотя в почве за 2 года при со­ блюдении норм нагрузки и минерализуется органическая часть отходов, поч­ ва загрязняется бумагой, стеклом, металлом, а поверхность участка пригод­ на для размножения мух. Поэтому метод не нашел широкого применения на практике.

Наиболее распространенными являются биотермические методы, отвеча­ ющие всем указанным требованиям, а именно обезвреживание твердых бы­ товых отходов на полях компостирования, усовершенствованных свалках, в биотермических камерах, а также ускоренные индустриальные методы био­ термического обезвреживания в установках фирмы "Дано", многоэтажных фер­ ментационных башнях, биотенках, метод капиллярной сушки и др.

В основе биотермического метода обезвреживания твердых бытовых отхо­ дов лежит сложный процесс, который схематически можно представить таким образом:

Биотермическое обезвреживание позволяет решить две задачи: 1) разло­ жить сложные органические вещества отходов и продуктов их метаболизма (мочевину, мочевую кислоту и др.) на более простые соединения с тем, чтобы в дальнейшем при помощи специальных микроорганизмов, в присутствии кис­ лорода воздуха, синтезировать новое устойчивое и безопасное в санитарном отношении вещество — гумус; 2) уничтожить вегетативные формы патоген­ ных и условно-патогенных бактерий, вирусы, простейшие, яйца гельминтов, яйца и личинки мух, семена сорняков.

Эти задачи решаются следующим образом. На очистные сооружения или в почву с отходами поступают сложные органические вещества растительного и животного происхождения — белки, жиры и полисахариды, а также продук­ ты их обмена — аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, моносахариды (глюкоза) и жирные кислоты. Первый этап (I фаза) биотермического процесса начинается с использования именно этих простых органических веществ, так как через оболочку микроорганизмов большие молекулы белков, жиров и угле­ водов проникнуть не могут, а проникают лишь их составные части в виде ами­ нокислот, глюкозы, жирных кислот и пр. Такие простые соединения составля­ ют почти 30% органических веществ бытовых отходов. Именно они проникают внутрь микробной клетки через ее оболочку и могут использоваться как энер-

411

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

гетический и пластический материал. Таким образом, биотермический процесс обезвреживания отходов начинается с того, что аминокислоты, глюкоза, жир­ ные кислоты животного и растительного происхождения, содержащиеся в отхо­ дах, используются некоторыми микроорганизмами как пластический и энерге­ тический материал. В результате указанного процесса выделяется энергия, и температура отходов повышается до 40—45 °С. Именно поэтому I фаза биоте­ рмического процесса обезвреживания отходов получила название фазы повы­ шения температуры, а микроорганизмы, которые инициируют этот процесс, — мезофилов.

Схематически / фазу биотермического обезвреживания отходов можно изобразить так:

Когда температура отходов достигает температурного максимума мезофи­ лов (40—45 °С), мезофилы отмирают, и начинается интенсивное развитие дру­ гого вида микроорганизмов, с другим температурным максимумом (75 °С), т. е. термофилов. С гигиенической точки зрения эта фаза биотермического про­ цесса представляет наибольший интерес. В ней разложение сложных органи­ ческих веществ происходит по такой схеме:

Следовательно, под действием экзоферментов термофилов разрушаются сложные органические молекулы отходов и отмерших мезофилов до простых веществ. Аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды термофилы исполь­ зуют как пластический и энергетический материал, что обусловливает увели­ чение их массы.

// фаза биотермического процесса, в отличие от I фазы, характеризуется стационарно высокой температурой (60—70 °С), которая держится от 1 (при ускоренных индустриальных методах биотермического обезвреживания) до 30—60 сут в биокамерах и до 1 года — в компостах. Поэтому эта фаза получи­ ла название фазы стационарных температур (фазы биотермического процесса изображены на рис. 66). Продолжительность II фазы процесса гумификации органических веществ отходов может составлять от 1 сут (при искусственно

412

лов замедляется, и они начинают отмирать.

Наступает /// фаза биотермического процесса. Отмирание термофилов со­ провождается постепенным снижением температуры. Новые температурные условия и ограничение количества легко окисляющихся органических веществ способствуют развитию мезофилов особого вида. Эти мезофилы отличаются от действующих в I фазе тем, что способны расщеплять трудно разрушаемые вещества, — легнины. Схематически эту фазу можно изобразить так:

Сложное органическое вещество, синтезированное мезофила и термофила в I—III фазах биотермического процесса, получило название гумуса, а сам про­ цесс — гумификации. Гумус с трудом, лишь под влиянием некоторых видов почвенных бактерий, поддается процессам минерализации и нитрификации, и поэтому он не способен загнивать, не издает зловония, не привлекает мух, гры­ зунов и является неблагоприятной средой для их развития. Гумус перестает быть объектом внимания гигиенистов и эпидемиологов и приобретает значе­ ние лишь с сельскохозяйственной и агрохимической точек зрения — как орга­ ническое удобрение.

Скорость и направление течения биохимических процессов, а следователь­ но, и эффективность биотермического метода обезвреживания твердых быто­ вых отходов зависят от многих факторов, как положительных, так и отрицатель­ ных. К таким факторам относятся:

1. Аэрация отходов. Это один из основных факторов, влияющих на эффек­ тивность биотермического процесса. Установлено, что при биотермическом разложении органических веществ в аэробных условиях образуется примерно в 25—30 раз больше энергии, чем в анаэробных. Так, при аэробном окислении

413

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

1 моля глюкозы образуется 2830 кДж (674 ккал) энергии, а при распаде 1 моля глюкозы в анаэробных условиях — лишь 113 кДж (27 ккал). Из этого следует важный вывод: преимущество необходимо отдавать таким методам, которые обеспечивают достаточную аэрацию отходов, а именно: на 1 объем отходов сле­ дует подавать 25 объемов воздуха.

2.Влажность отходов. Без достаточного количества влаги, как и при ее из­ бытке, биохимические процессы протекать не могут. Мезофилы и термофилы, ответственные за биотермические процессы, состоят на 85% из воды, которая играет важную роль в жизнедеятельности микробной клетки. Поэтому, если влажность отходов менее 30%, то микроорганизмы теряют способность разм­ ножаться и даже гибнут. В то же время при избытке влаги ухудшается аэрация отходов, так как вода и воздух являются антагонистами. Если влажность отхо­ дов более 70%, то вода препятствует поступлению кислорода воздуха к орга­ ническому веществу отходов и поверхности микроорганизмов, т. е. создаются анаэробные условия. Таким образом, для эффективного течения биохимичес­ ких процессов необходимо, чтобы влажность твердых бытовых отходов соста­ вляла не менее 30% и не более 70%. Если влажность отходов находится за пре­ делами этих величин, биотермические процессы замедляются. Следователь­ но, при обезвреживании отходов необходимо соблюдать указанные параметры влажности: в случаях, когда влажность отходов менее 30%, отходы следует ис­ кусственно увлажнять; когда же она более 70%, — необходимо оборудовать устройства для ее уменьшения.

3.Содержание в отходах легко загнивающих органических веществ. Для успешного течения биохимических процессов количество таких органических веществ в отходах должно быть не менее 30%, а неорганических соединений — не более 25%) от общей массы. Из качественных показателей состава органиче­ ских веществ большое значение имеет соотношение углерода и азота. Наибо­ лее благоприятным является их соотношение 30:1.

4.Размер частиц отходов. Установлено, что измельчение твердых отходов способствует интенсификации биохимических процессов. Однако это измель­ чение не должно быть беспредельным: оптимальный размер частиц должен со­ ставлять 25—35 мм. При таком размере частиц отходов увеличивается пло­ щадь их активной поверхности, т. е. площадь контакта органического вещества отходов с кислородом воздуха и микроорганизмами, что ускоряет биохимиче­ ские процессы. В то же время при значительном измельчении (размер частиц менее 25 мм), значительно уменьшается объем каждой отдельной поры, в ре­ зультате чего ухудшается аэрация отходов.

5.Активная реакция (pH) отходов. Оптимальной для развития микроорга­ низмов является pH, которая приближается к нейтральной, т. е. находится в пре­ делах 6,5—7,6.

6.Степень исходной контаминации (обсемененности) отходов мезофилами

итермофилами. Чем она выше, тем быстрее развивается процесс. Для интенси­ фикации процесса необходимо искусственно обсеменять отходы термофилами.

7.Температурные условия. Чем быстрее будет повышаться температура в толще отходов, тем надежнее произойдет биохимический распад органических

414

МЕРОПРИЯТИЯ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ПОЧВЫ

веществ и отмирание патогенной микрофлоры. Поэтому необходимо предот­ вратить потерю тепла очистными сооружениями (особенно в холодный пе­ риод года), а в ряде случаев производить подогрев отходов горячим воздухом, подаваемым в установки.

Как пример использования биотермического метода рассмотрим некото­ рые его варианты и сооружения.

Наиболее простым методом биотермического обезвреживания и перера­ ботки отходов на гумус, распространенным во многих странах мира, является компостирование. Обязательными условиями использования этого метода яв­ ляется достаточное (не менее 25%) содержание в отходах легко загнивающих органических веществ, и влажность отходов в пределах 30—65%. Некоторые отходы не разрешают компостировать. Это, во-первых, отходы из лечебнопрофилактических учреждений и субпродукты из ветлабораторий (из-за эпи­ демической опасности); во-вторых, отходы, содержащие примеси радиоактив­ ных и токсических веществ, в том числе ядохимикатов, дезинфицирующих средств, смол и гудрона.

Оборудование и эксплуатация сооружений для компостирования твердых бытовых отходов зависят от места их расположения: за пределами населенно­ го пункта, в населенном пункте или на индивидуальном приусадебном участке.

Для обезвреживания отходов на приусадебном участке их укладывают в компостные кучи. Этот простой метод впервые был применен в Индии в про­ винции Индор. В научной литературе он получил название индор-метода. Сущ­ ность индор-метода заключалась в следующем. Бытовые отходы складывали на 20-сантиметровый слой веток в штабеля высотой 1—1,5 м. Вместе с быто­ выми отходами закладывали опавшие листья, солому, ботву. Штабеля полива­ ли водой для увлажнения, а через неплотно сложенные ветки в толщу отходов поступал воздух.

Компостирование отходов на приусадебных участках в компостных кучах раньше широко применяли и для обезвреживания отходов непосредственно на месте их образования, т. е. отпадала необходимость в их транспортировке. Кроме того, через 1—1,5 года компост можно было использовать в качестве удобрений. Компостные кучи на приусадебных участках оборудовали на рас­ стоянии не менее 20 м от дома и колодца. Чтобы компостную кучу не заливали атмосферные осадки, участок выравнивали, утрамбовывали слоем (20—25 см) жирной глины, обводили канавкой, иногда накрывали тентом. Отходы в ком­ постной куче укладывали послойно: каждый слой отходов толщиной 15 см засыпали слоем готовой компостной массы или почвы. После закладывания отходов компостную кучу оставляли дозревать. Но биотермическое обезвре­ живание отходов в компостной куче происходило очень медленно, процесс гу­ мификации завершался лишь через 1—1,5 года. Описанный способ компости­ рования бытовых отходов не вполне отвечает гигиеническим требованиям. Он не обеспечивает надежного санитарного эффекта, так как на каждом дворе за оборудованием и эксплуатацией компостных куч тяжело осуществлять сани­ тарный надзор. Поэтому в настоящее время, независимо от размеров населен­ ного пункта, компостирование отходов на приусадебных участках не разре-

415

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

шено. Исключением являются лишь объекты, расположенные за пределами на­ селенного пункта (санатории, спортивные лагеря, лагеря отдыха и др.).

Современным методом является централизованная биотермическая пере­ работка бытовых отходов на полях компостирования, куда отходы вывозятся со всего населенного пункта или с его определенной части. Поля компостиро­ вания размещают за пределами населенного пункта на специально отведенных земельных участках. Площадь территории под поля компостирования опре­ деляют из расчета 2 га на каждые 10 тыс. населения. Санитарно-защитная зо­ на (разрыв между полем компостирования и селитебной частью города) долж­ на составлять 500 м. Территория полей компостирования должна быть ров­ ной, с незначительным естественным уклоном. Вокруг нее копают канаву с валом для отведения воды, со всех сторон обсаживают параллельными ряда­ ми лесополос.

На полях компостирования твердые бытовые отходы укладывают штабеля­ ми длиной 25—30 м, шириной внизу 3—4 м, вверху 2—3 м и высотой 1,5—2 м (рис. 67). Вертикальное сечение штабеля имеет вид трапеции. Размещают шта­ беля параллельными рядами с расстоянием между ними не менее 3 м. Их обо­ рудуют или на поверхности почвы, или в неглубоких (до 0,5 м) траншеях, но так, чтобы нижний слой компостной массы был на расстоянии не менее 1 м от уровня залегания фунтовых вод. В основании штабеля укладывают 10—15 см торфа, перегноя или компоста. Отходы укладывают без уплотнения сразу на полную высоту с постепенным формированием штабеля в длину. Для ликвида­

416

МЕРОПРИЯТИЯ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ПОЧВЫ

ходов — от 5 мес до 1,5 года в зависимости от климатических условий мест­ ности.

Компост, образовавшийся в конце обезвреживания отходов на полях ком­ постирования, является безопасным в санитарном и эпидемическом отношении, т. е. имеет коли-титр не менее 1, санитарное число — от 0,98 до 1, яйца гельмин­ тов в нем отсутствуют. При таких условиях компост можно использовать как органическое удобрение. Перед отправкой потребителю его следует очистить от крупногабаритных фракций и черного металла.

Преимущества метода обезвреживания на полях компостирования заклю­ чаются в его санитарно-эпидемической надежности, возможности применения методов интенсификации для ускорения биотермического процесса, получении органического удобрения и облегчении санитарного надзора за обезврежива­ нием твердых бытовых отходов. Недостатками метода являются значительная продолжительность процесса обезвреживания и необходимость отведения боль­ ших по площади земельных участков под поля компостирования.

Различают компостирование в штабелях без предварительной обработки отходов и с предварительной обработкой. Последняя дает возможность уско­ рить процесс компостирования и состоит в предварительном измельчении и брожении отходов. Кроме того, для ускорения биотермического обезврежива­ ния отходов на полях компостирования используют такие методы интенсифи­ кации процесса, как перелопачивание, увлажнение, аэрацию.

Сущность компостирования в штабелях с предварительным измельчением состоит в следующем. Отходы сначала собирают в бункере, а затем при помо­ щи транспортера подают на сита диаметром 32 мм для выделения мелких фра­ кций. Крупные фракции отходов, задержавшиеся на ситах, направляют на дро­ билку. Измельченный материал снова просеивают через сита, увлажняют до 40—60% и складывают в штабеля. Такая предварительная обработка отходов ускоряет биотермический процесс обезвреживания до 9 нед.

При условии интенсификации компостирования перелопачиванием и увлаж­ нением процесс биотермического обезвреживания протекает в несколько цик­ лов. Сначала бытовые отходы после выгрузки поливают осадком сточных вод. Через 3 сут формируют штабеля высотой 1 м и шириной 2—3 м и выдержива­ ют в течение 1 мес (первый цикл). Затем отходы снова перелопачивают и дела­ ют новые штабеля (второй цикл). Через 30 сут операцию повторяют. Общий срок обезвреживания отходов — 3 мес.

Метод компостирования в штабелях с интенсивной аэрацией (Баден-Баден)

был предложен в Германии. При этом каждый штабель оборудуют системой организованной циркуляции воздуха, для чего в его основании прокладывают перфорированные бетонные трубы, через которые вентилятор удаляет воздух из штабеля и подает его в печь, где его используют для сжигания крупногаба­ ритных отходов. Компост, образовавшийся в штабелях, применяют как орга­ ническое удобрение. Перед тем как отправить компост потребителю, его очи­ щают на грохоте от крупногабаритных фракций и на электромагнитном сепа­ раторе — от черного металла.

417

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

К методам биотермического обезвреживания отходов относится бескамер­ ный метод с направленной аэрацией (Монеса). Обезвреживают отходы в спе­ циальной траншее глубиной 3—4 м и шириной на уровне дна — 2—3 м. На дне траншеи уложены аэрационные каналы с аэраторами, выступающими на 1-—1,5 м над поверхностью земли. Отходы без уплотнения помещают в тран­ шею. Заполненную траншею изолируют слоем почвы толщиной 25—30 см. В течение нескольких суток воздух, содержащийся в щелях и порах в толще отходов, нагревается до высокой температуры. Температурный градиент меж­ ду воздухом в траншее и атмосферным значительно увеличивается, что усили­ вает естественную тягу и ускоряет движение воздуха в вентиляционной систе­ ме траншеи. Усиленная аэрация способствует дальнейшему развитию биотер­ мического процесса, который завершается в течение 55—65 сут.

Биотермические камеры предназначены для обезвреживания бытовых отходов и превращения их в компост закрытым методом. Предусматривают возможность регулирования биотермического процесса путем организации оптимального температурного и аэрационного режима, благодаря чему удает­ ся сократить срок обезвреживания отходов до 40—60 сут, а при искусствен­ ном подогревании — до 12—20 сут.

Аэрационные бродильные камеры, получившие название биотермических, или биокамер, были предложены в 1912 г. инженером Беккари. Соорудили их во многих городах Западной Европы — Флоренции, Падуе, Неаполе, Милане, Париже, Марселе и др. Так, в 20-е годы XX в. во Флоренции обезвреживали твердые бытовые отходы в 204 камерах мощностью 100 т/сут каждая. Оборудо­ вали их на расстоянии 2300 м от города. Сегодня биокамеры используют, огра­ ниченно, в большинстве случаев для обезвреживания отходов, образовавших­ ся в отдельно расположенных объектах (санаториях, лагерях отдыха и т. п.). Санитарно-защитный разрыв между биокамерой и жилыми, общественными зданиями должен составлять 300 м.

Биокамеры сооружают из кирпича, бетона или сборных железобетонных конструкций вместимостью 2—20 м3, высотой 2,5—3 м, прямоугольного сече­ ния (рис. 68). Пол камеры должен быть водонепроницаемым и иметь уклон 0,01 % в сторону лотков для отведения жидкости, образующейся из отходов в процессе компостирования (10—15% от массы отходов). На высоте 15—20 см от пола размещают решетки, на которые загружают отходы через специальные люки в верхнем перекрытии. Для поступления воздуха под решетками в цо­ коле камеры делают вентиляционные отверстия. Внутри камеры сооружают аэраторы для воздухообмена в толще отходов. Эти аэраторы представляют со­ бой асбестоцементные трубы с отверстиями по всей поверхности. Нижним, от­ крытым, концом аэраторы установлены на решетки, а верхним, закрытым, — выведены под перекрытие камеры. Вдоль стен камеры оборудованы пристен­ ные "козырьки" для передвижения воздуха. Над верхним перекрытием должен находиться вентиляционный стояк для отведения воздуха из камеры. Разгру­ жают камеру через двери в одной из стен.

Оптимальным является одновременная загрузка биокамеры или загрузка в течение не более 4 сут. При этом через 2—3 сут после загрузки начинается

418

Рис. 68. Биотермическая камера: а — разрез по I—I; б — разрез по II—II; 1 — пристенные козырьки; 2 — двери для выгрузки компоста; 3 — приемник дренажной жидкости; 4 — аэраторы; 5 — загрузочные люки; 6 — дефлектор;

7 — решетки

разогревание отходов; на 5—10-е сутки температура достигает 65—70 °С и де­ ржится на этом уровне 25—30 сут. Компостирование продолжается 40 сут ле­ том и 60 сут зимой. Для ускорения процесса до 12—20 сут в биокамеры по­ дают искусственно подогретый воздух из калориферов или соседних камер, где отходы уже разогрелись. Продолжительность обезвреживания уменьшает­ ся при условии добавления в камеру готового компоста (20—30 л) и переме­ шивания отходов каждые 10 сут. Одновременная загрузка требует большого количества камер, и поэтому чаще всего оборудуют двухсекционные камеры текущего накопления.

Усовершенствованные свалки, или высоконагружаемые полигоны захоро­ нения бытовых отходов, были предложены Академией коммунального хозяйс­ тва им. К.Д. Памфилова в середине XX в. в период перехода от естественных биологических почвенных к индустриальным методам обезвреживания отхо­ дов. Во второй половине XX в. таким спопобом утилизировали до 80% твер­ дых бытовых отходов во многих развитых странах мира.

Усовершенствованные свалки располагают за пределами населенного пу­ нкта, ниже по течению водоема на специально отведенных земельных участ­ ках с уровнем залегания грунтовых вод не ближе 1 м от поверхности земли. Если территория имеет сложный рельеф, ее выравнивают путем укладывания отходов, но при этом необходимо предусмотреть, чтобы не было поверхно­ стного стока с усовершенствованной свалки в сторону города и водоема. Для предупреждения поступления поверхностных вод на территорию усовершен-

419

Рис. 69. Усовершенствованная свалка:

а, б, в — первая, вторая и третья очереди складирования; 1 — зона зеленых насаждений; 2 — сетчатый забор; 3, 4 — окончательный и промежуточный изолирующие слои почвы; 5 — отходы (3,4 и 5 изоб­ ражены на условном разрезе); 6 — мачты электроосвещения; 7 — плотина; 8 — дорога для подъез­ да; 9 — временная дорога; 10 — хозяйственная зона; 11 — нагорная канава; 12 — насосная станция; 13 — участок промышленных отходов; 14 — скважина

ствованной свалки вокруг земельного участка создают нагорную канаву. Тер­ риторию ограждают забором и со всех сторон высаживают в два рядами дере­ вья. СЗЗ должна составлять 500 м.

На территории усовершенствованной свалки бытовые отходы укладывают на специально подготовленную водонепроницаемую основу толщиной не ме­ нее 0,5 м. Это могут быть уплотненные естественные глинистые и суглинис­ тые почвы участка или искусственно созданная основа. Отходы укладывают рабочими слоями высотой 1,5—2 м, которые перекрывают промежуточными изолирующими слоями почвы (рис. 69). Во время формирования первого рабо­ чего слоя отходы выгружают из мусоровозов на подготовленную основу, раз­ равнивают слоем 0,2—0,3 м и уплотняют бульдозерами. На уплотненный слой отходов укладывают следующий слой толщиной 0,2—0,3 м, который также ра­ зравнивают и уплотняют. Формируют рабочий слой общей высотой 1,5—2 м, после чего в теплый период года ежесуточно, а в холодный — один раз в 2—3 сут рабочий слой отходов засыпают почвой слоем 0,25 м. Почву берут не­ посредственно с территории свалки или привозят со строительных площадок. Целесообразно использовать хорошо уплотненные суглинистые и супесчаные почвы с влажностью 30—50%. Можно воспользоваться строительным мусо­ ром, шлаком, уличным сметом. На промежуточный изолирующий слой почвы укладывают рабочий слой отходов высотой 1,5—2 м. Общее количество слоев зависит от проектной высоты свалки, после достижения которой последний рабочий слой отходов засыпают окончательным изолирующим слоем почвы толщиной 1 м. Тщательная изоляция отходов слоями почвы с уплотнением препятствует размножению мух и грызунов, предотвращает загрязнение атмо­ сферного воздуха.

В толще усовершенствованной свалки происходит медленное анаэробное разрушение органических веществ отходов. При этом температура повышает-

420