В статье рассмотрен метод обработки отходов компостированием, совмещенный с проблемой высокого содержания тяжелых металлов.
Ключевые слова: твердые бытовые отходы, компостирование, тяжелые металлы.
Более половины твердых бытовых отходов (ТБО) составляют органические отходы, которые в процессе биотермического разложения (компостирования) превращаются в продукт, богатый гумусом, макро- и микроэлементами. В составе компостируемого сырья находятся компоненты, отличающиеся длительностью и способностью к разложению — бумага, стекло, пластик, резина, лома черных и цветных металлов, керамика, камни.
Высокое содержание тяжелых металлов в получаемом компосте является основным фактором, ограничивающим использование данного метода переработки отходов. Отсутствие системы селективного сбора отходов и глубокой сортировки является причиной наличия наиболее опасных загрязнителей — сначала в отходах, затем в готовом компосте — тяжелых металлов.
В большинстве европейских стран развита система раздельного сбора компонентов отходов, где выделяются вторичные материалы с учетом эффективной организации сбора в источниках накопления.
В результате, в готовых компостах Финляндии, Германии, Испании нет проблемы загрязнения тяжелыми металлами. Причиной этому служит на первом этапе — эффективное государственное управление бытовыми отходами, как обязательство раздельного сбора, рациональное потребление, вторичное использование, как сложившийся устоявшийся менталитет; санкционирование деятельности: как штрафы за нарушение норм сортировки или залоговая стоимость упаковки, позволяющая вернуть часть средств в обмен на отход. На втором — современные технологичные мусороперерабатывающие комплексы, эффективно осуществляющие покомпонентную сортировку.
По данным Росприроднадзора, в России только 4–5 % ежегодно образующихся ТКО вовлекаются в переработку, все остальное размещается на полигонах ТКО, санкционированных и несанкционированных свалках [1]. Одним из методов переработки ТКО является компостирование — процесс естественного разложения отходов питания, продуктов животного происхождения в результате жизнедеятельности мезофильных и термофильных бактерий, грибов и других микробных сообществ, при поступлении кислорода и выделении тепла.
Полученный в результате компост можно использовать для восстановления почв с недостаточным количеством органических веществ, так в нем содержатся основные питательные вещества для растений (N, P и K), микроэлементы (Cu, Fe и Zn) и органические вещества. Однако, существующие в настоящее время технологии компостирования не позволяют избавиться от проблемы — наличия солей тяжелых металлов, что приводит к фактической непригодности компоста из ТБО для повсеместного использования.
Используемый сейчас процесс компостирования включает в себя следующие технологические операции.
1. Прием и предварительная подготовка отходов происходит на сортировочной станции: транспорт привозит отходы, которые поступают в бункер разрывателя пакетов. Измельченный мусор проходит через металлосепаратор, где магнитами извлекается фракция черного металла. После чего отходы поступают на вибростол, представляющий собой динамические ножи и сита размером 30 и 80 мм. На этой стадии извлекается компостируемая часть — влажная органика с влажностью 70 %, а также различный смет, камни, битая керамика и стекло, составляющие 17 %. Из общей массы отходов компостированию подвергается до 65 % органики.
Отходы большего размера перед ручной сортировкой отправляются на стадию оптической сепарации, где аппаратами спектрального анализа выделяют цветной металл, бумагу, полимеры и топливо содержащую фракцию. На сортировальных столах вручную отделяют бумагу полимеры (из общей массы 12 %) по видам (ПВД и ПНД), которые измельчаются и моются. Из чистой бумаги, пластика и металлов формуются спрессованные кипы, которые отправляются потребителю как вторсырье. Остальная часть отходов после сортировки прессуется и размещается на полигоне.
Мусорные остатки — загрязненная бумага, частицы древесины, ветошь, кожа отбираются для изготовления RDF-топлива. Измельченная масса прессуется в небольшие брикеты, теплотворная способность которых равна бурым углям 380 ккал/т, также 2 тонны такого топлива заменят 1000 м3 природного газа. Для изготовления топливных брикетов сырье отбирается, в результате чего на выходе получается качественное топливо (смешанные отходы дают большее загрязнение и снижают каллорийность).
2. Аэробное компостирование ТБО осуществляется в буртах. Компостируемая фракция отправляется на открытые площадки, где смесь формируют в длинные параллельные валки высотой до 3 м и шириной до 6м. Для обеспечения необходимого для деструкции органики микробными сообществами воздушного режима, аэрацию буртов проводят периодическим перемешиванием ворошителем. Для поддержания влажности компостируемую смесь увлажняют в зависимости от погодных условий фильтратом, образованным в процессе жизнедеятельности микроорганизмов.
Первая стадия характеризуется развитием мезофильных организмов в течение 1–3 суток. Источником энергии для бактерий служат легкоразлагаемые органические соединения (углеводы, органические кислоты, белки). Происходит интенсивный распад органического вещества с выделением тепла до температуры 25–35°С, и продуктов разложения СО2 и Н2О. При повышении температуры до 42–50°С начинается размножение термофильных микроорганизмов, разрушающих углеводы, жиры, целлюлозу и другие соединения, в результате выделенное тепло разогревает компостную массу до 60–75°С. Температуры на второй стадии достаточно для уничтожения патогенных микроорганизмов, длительность 20–40 суток. Третья стадия — остывание компостной смеси продолжается 10–15 суток, снижается деятельность микробных сообществ, легкоразлагаемые органические соединения трансформируются в гуминовые соединения. В фазе созревания компоста, где температура равна температуре окружающей среды, компостируемое сырье приобретает физико-химические свойства готового компоста.
Полное превращение компостируемой смеси в готовый продукт составляет от 6 месяцев до 9 месяцев, зависящих от погодных условий.
3. Окончательная обработка компоста. На данном этапе производится просеивание техногрунта от крупных включений, камней и стекла.
В настоящее время изготовляемый техногрунт (компост) используется в технологическом цикле полигона для пересыпки слоев размещаемых отходов. Такой продукт можно использовать для рекультивации полигонов ТБО, отработанных карьеров, дорожных откосов.
Анализ производства такого компоста показал, что для более широкого использования данная технология компостирования не является эффективной. Начиная с этапа сортировки, упор ведется на выделение ценных утильных фракций, при этом меньшие их фракции также попадают в органо-минеральную смесь компостирования, что влияет на качество и безопасность готового компоста.
Для производства качественного компоста требуется пересмотр технологии в пользу более глубокой сортировки с выделением большего процента компонентов, вносящих существенный вклад в поступление тяжелых металлов, на начальном этапе сортировки при подготовке к компостированию. Качественное выделение таких компонентов позволит создать не только безопасный продукт, но и увеличить долю вторсырья.
Совершенствованием системы сортировки ТБО можно разрешить проблему загрязненного компоста. Так, при более тщательном сепарировании крупногабаритных включений перед компостированием может быть снижено содержание тяжелых металлов. Отделяя бумагу, предположительно содержащую свинец и цинк, и резину с кожей, где могут находиться хром и медь, компоненты электротехники, можно сократить поступление загрязнений. [2]
Литература:
- Волкова А. В. Рынок утилизации отходов. Текст: электронный // Высшая школа экономики: [сайт]. — URL: https://dcenter.hse.ru/data/2018/07/11/1151608260/ %D0 %A0 %D1 %8B %D0 %BD %D0 %BE %D0 %BA %20 %D1 %83 %D1 %82 %D0 %B8 %D0 %BB %D0 %B8 %D0 %B7 %D0 %B0 %D1 %86 %D0 %B8 %D0 %B8 %20 %D0 %BE %D1 %82 %D1 %85 %D0 %BE %D0 %B4 %D0 %BE %D0 %B2 %202018.pdf (дата обращения: 05.05.2020).
- Витковская С. Е. Твердые бытовые отходы: антропогенное звено биологического круговорота. — СПб: АФИ, 2012. — 132 С.
