Компостування для переробки муніципальних відходів

Размещено на http://allbest.ru

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет «Львівська політехніка»

ІНДИВІДУАЛЬНА РОБОТА

Компостування для переробки муніципальних відходів

Виконала:

студентка групи ЕКОс - 11

Пристайко Т.М.

Прийняла:

Попович О.Р.

Львів 2014

Зміст

Вступ

1. Основні біохімічні процеси компостування

2. Обладнання та схема для компостування

3. Склад та використання готового компосту

Висновок

Список використаних джерел

Вступ

компостування екологічний відходи добриво

Актуальною проблемою, що має важливе екологічне та економічне значення, є знешкодження усіх видів побутових відходів, включаючи тверді (ТПВ). Кількість ТПВ у світі безупинно зростає, їхній негативний вплив на навколишнє природне середовище усе більш підсилюється, а процеси знешкодження ускладнюються через розширення морфологічного складу відходів, появи в них речовин, які тривало розкладаються, (пластмас та ін.). Незважаючи на те, що в даний час у сфері поводження з ТПВ мається значна кількість технічних розробок і пропозицій, гострота проблеми не знижується.

Із більш ніж двадцяти відомих методів поводження з ТПВ за останні десятиріччя у світовій практиці набули поширення три, з яких один - пасивний (поховання ТПВ на полігонах), і два - активних (спалювання і компостування відходів).

Компостування - це природний аеробний процес розкладання органічних відходів в аеробних (з доступом кисню) умовах за участю ґрунтових бактерій. Протилежним компостуванню є анаеробний (без кисневий) розклад органіки або процес гниття.

Продукт компостування або компост - багате гумусом добриво, яке збагачує ґрунт поживними речовинами.

При дотриманні умов компостування у компостній ямі/ящику, через 12-24 місяців можна отримати визрілий компост.

1. Основні біохімічні процеси компостування

Компостування - це природний аеробний процес розкладання органічних речовин різними видами бактерій та грибків, в результаті чого органічні відходи, такі як харчові та садові відходи, перетворюються на ґрунтоподібний матеріал, який називається компостом. Компостування ТПВ може проводитись шляхом польового компостування або компостування у біобарабанах та камерах за умов контрольованого внутрішнього середовища, механічного перемішування та аерації. Компостування ТПВ ефективне за умови вмісту у ТПВ більше ніж 25% органічних речовин, які легко розкладаються, та гарантованих споживачів компосту. Компостування потребує обов'язкового попереднього сортування ТПВ з вилученням металів, скла, полімерних матеріалів, каміння тощо. Компост з ТПВ може знайти застосування у зеленому та тепличному господарстві як біопаливо.

Компостування має 3 фази.

На першій фазі відбувається саморозігрів внаслідок хімічних реакцій розкладання при інтенсивній діяльності бактерій і мікроорганізмів. У процесі розкладання речовин, що легко розкладаються, компост може нагріватися до температури 65°С. За таких температурних умов вмирає переважна більшість хвороботворних організмів і гине насіння бур'янів.

На другій фазі іде розкладання матеріалів, що важко розкладаються, на стійкі речовини, які утворюють гумус. Температура починає знижуватися, компост набуває бурого кольору і структуру ґрунту.

Третя фаза - дозрівання компосту, який набуває однорідної структури й запах лісового ґрунту.

Час, необхідний для перетворення відходів у повноцінний компост залежить від багатьох факторів, таких як температура, вологість, сировина для компостування, спосіб компостування, використання додаткових засобів, однак, щоб отримати гігієнічно безпечний компост, процес компостування повинен тривати 12-24 місяців. Компост вважається готовим, коли в ньому не розрізнюються рештки сировини, що входять до його складу, маса стає однорідною, пухкою, а насіння бур'янів втратило здатність проростати.

2. Обладнання та схема для компостування

Основні технології компостування:

- в компостерах

- В біобарабанах;

- У тунелях;

- В басейні витримки;

Компостери - ідеальні помічники для переробки садових і харчових відходів. Вони виготовлені з морозостійкого поліетилену високої щільності, міцні й легкі, мають великий термін експлуатації (більше 20 років за умов правильної експлуатації). Корпус компостерів не має дна (з метою вільного контакту з ґрунтом і доступу до компосту мікроорганізмів і хробаків). Закритий компостер обладнаний кришкою з поворотним вентилем для регулювання надходження повітря, бічними люками в нижній частині для виймання готового компосту й отворами для циркуляції повітря.

Найбільш розповсюдженим методом компостування є «шарів метод», при якому компостуємі органічні матеріали (відходи) вкладають шарами 25 - 30 см - торфом або перегною, відходи - 25 - 30 см, потім знову торф або перегной і т.д. заповнюючи компостер майже до повного об'єму, зверху шари покривають торфом або ж землею, далі створюють заглиблення для води та накривають.

В якості органічного матеріалу (відходів) використовують екскременти тварин, стебла бур'яну, кухонні відходи, листя, підстилка домашніх тварин. В контейнери для утворення компосту не закладають: стебла хворих рослин, забруднених гербіцидами чи отруйні (мак, сніжник), оскільки вони в малорозкладеному компості пригнічують корисні мікроорганізми. В Контейнери також не закладають бур'яни та такі бур'яни, як пирій і осот.

Найоптимальніша вологість відходів для компостування 50 - 60%.

Залишки рослин розкладаються за допомогою бактерій та дрожжевих грибів, які містяться в землі.

Полив водою проводять 1 - 2 рази протягом місяця (в теплу пору року). Та проводити перемішування 3 - 4 рази за процес для доступу кисню (якщо відсутній доступ кисню).

Термін готовності компосту залежить від складу компонентів, погоди, додержання технології компостування. Даний процес коливається від 6 до 18 місяців.

Місце приготування компосту на присадибних ділянках розташовують в тіні дерев на відстані не менше ніж 15 - 20 м від жилих поміщень та джерел питної води.

В компостерах можна компостувати:

- Відходи з городу та присадибної ділянки - скошена трава, листя, бур'яни, зіпсований корм, картопляне та інше бадилля, стрижні кукурудзи і т. п., дернові обрізки, гілки, які потрібно додатково подрібнити, тріска, кора, стара солома, обпилювання, стружка, плодові вичавки, попіл від спалювання дерев'яних гілок тощо.

- Відходи з кухні - фруктові й овочеві відходи, кавові й чайні залишки, газетний папір, картон, паперові рушники, молочні продукти, залишки від приготованої їжі (яєчну шкарлупу, м'ясо та кістки, рибу та кістки) тощо.

Не рекомендується викидати у компостний ящик - вугільний попіл, вироби з пластику, металу, скла, кераміки, будівельне сміття, вапно, тютюнові недопалки та інші матеріали, що не розкладаються.

Для проходження процесу компостування важливим показником є співвідношення вуглецю до азоту (C:N) в компостній масі.

- Співвідношення вуглецю до азоту в компостній масі, C:N має бути 20-30:1 (С - кількість вуглецю, N - кількість азоту). Рекомендується додавати 2-3 частини бурого (коричневого) матеріалу й 1 частину зеленого матеріалу.

- Матеріал необхідно перемішувати після 3-6 місяців або 1-4 рази за весь цикл, щоб забезпечити достатній доступ кисню в усі шари.

- Вологість матеріалу треба утримувати на рівні 50-60%. Компостований матеріал на дотик повинен бути як «добре вичавлений рушник».

- Подрібнювання всіх матеріалів збільшує поверхню контактування та взаємодії з мікроорганізмами, що прискорює процес компостування.

- Відходи необхідно укладати шарами товщиною не більше 15 см. Занадто товстий шар одного матеріалу уповільнює процес компостування.

- Для прискорення процесу компостування кожний шар слід присипати невеликою кількістю землі або готового компосту задля збагачення ґрунтовими бактеріями та вологою.

Рис. 1. Біотермічний барабан для аеробного компостування: 1 - завантажувальний пристрій, 2 - корпус, 3 - бандаж, 4 - ропікоопора, 5 - контактні кільця термодатчиків, 6 - електропривод, 7 - венцових шестерня, 8 - перфорована (розвантажувальна) обичайка

Біобарабан являє собою зварний сталевий циліндр, встановлений на двох або трьох роликоопорах з ухилом у бік розвантажувального пристрою. Від поздовжнього зміщення біобарабан утримують наполегливі ролики, встановлені на найближчій до розвантажувального пристрою роликоопорі.

Розвантажувальний пристрій обладнано сегментним затвором з електроприводом (встановлений на корпусі біобарабана). Для аерації компостованого матеріалу на корпусі біобарабана змонтовані вентилятори (необхідна витрата повітря для забезпечення життєдіяльності аеробної мікрофлори становить 0,2-0,8 м3 на 1 кг відходів). Для скорочення тепловтрат поверхню біобарабанів покривають теплоізоляцією (пінопласт, мінераловатні мати).

Завантаження матеріалу в біобарабан (і відповідно розвантаження) здійснюється протягом 1-1,5 змін (8-12 годин). Час перебування матеріалу в біобарабанах - близько двох діб. За цей час процес ферментації, по суті, тільки починається і втрата маси речовини на виході з біобарабана не перевищує 5%. Для дозрівання компост розміщується в штабелях на відкритих майданчиках; тривалість процесу дозрівання - кілька місяців.

Встановлено, що для компосту папір може бути джерелом токсичного важкого металу - свинцю, присутнього в типографської фарби, а також цинку. Висока концентрація солей, що містяться в компості з ТПВ, також шкідлива для чутливих до них рослин.

Основні недоліки ферментації в біобарабанах:

1) безконтрольність процесу;

2) поганий товарний вигляд кінцевої продукції (складність очищення матеріалу, що виходить з біобарабана, через його велику вологість);

3) експлуатаційні складності (освітлення в барабанах «пробок» з текстилю, у весняно-осінній період біобарабани течуть);

4) сильна забрудненість чорного металу, що виділяється з компосту (за відсутності сортування ТПВ перед компостуванням);

5) потреба великої площі для дозрівання компосту (по суті, за дві доби процес ферментації, як зазначено, тільки починається, і втрата маси біорозкладеної речовини на виході з біобарабана не перевищує 5%);

Недоліки, властиві технології ферментації в біобарабанах, стають перевагою альтернативних технологій - ферментації в басейні витримки і в тунелі. Відмінність цих двох технологій один від одного полягає в тому, що в басейні витримки матеріал знаходиться 46 тижнів, а в тунелі - 7-10 днів. Відповідно в басейні витримки процес ферментації повністю закінчується з отриманням сухого стабілізованого продукту (втрата маси речовини - 50%), а в тунелі виходить напівпродукт (втрата маси вихідної речовини - 2030%, вологість - 30%).

Разом з тим у всіх випадках, коли не передбачається отримання кінцевого продукту у вигляді компосту для сільськогосподарського використання, переважніше застосовувати ферментацію збагаченої органічної фракції в тунелі, розглядаючи цю технологію як ферментативну сушку, що забезпечує одночасно знешкодження, подрібнення і гомогенізацію матеріалу. Матеріал після тунельного компостування більшою мірою збагачений вуглецем, ніж після ферментації в басейні витримки, що переважно для подальших процесів термічної переробки (спалювання, газифікація та ін.).

При порівнянній продуктивності капітальні витрати на будівництво цеху ферментації в басейні витримки в 2-3 рази вище, ніж при тунельному компостуванню.

Вибір тієї чи іншої технології визначається в кожному конкретному випадку і залежить від продуктивності заводу, цілей і завдань переробки ТПВ та ряду інших факторів.

На заводі в Перуджі (Італія) ферментації в басейні витримки (технологія фірми «Buhler», Швейцарія) піддається збагачена фракція ТПВ крупністю -100 +10 мм Вихід збагаченої органічної фракції, що спрямовується на компостування, - близько 25% по масі (від вихідного).

Басейн витримки являє собою закритий майданчик для компостування розміром 70x21 м. Глибина шару відходів, які закладаються на компостування, - 2,5 м.

Басейн витримки обслуговується мостовим краном з чотирма шнеками, розташованими під кутом до горизонталі. Призначення шнеків - рівномірний розподіл матеріалу в басейні з одночасним його перемішуванням. Входячи в товщу компостованих відходів, шнек не доходить до дна басейну всього на 10-15 см. У процесі перемішування і переміщення матеріал добре подрібнюється і гомогенізується.

Тривалість компостування - 28 діб. Температура в басейні витримки підтримується постійною (50-60 ° С). Компостований матеріал знизу продувається повітрям (подається по трубах з отворами); витрата повітря залежить від навколишньої температури (зокрема, влітку витрата повітря зменшується). Через 28 діб компост за допомогою шнека подається на систему стрічкових конвеєрів і транспортується на лінію сортування для очищення від домішок.

Візуально готовий компост являє собою однорідну зернисту масу коричневого відтінку різних тонів (світлих і темніших), без сторонніх домішок.

Рис. 2. Схема аеробної ферментації відходів в тунелі

Час перебування матеріалу в тунелі, який можна розглядати як контейнер, - 10 діб (до 14). Габарити одного тунелю: довжина -30 м (20 + 40 м), ширина -5 м, висота - 3 + 4 м. Завантаження-розвантаження матеріалу здійснюється періодично (один раз на 10 діб). Продуктивність одного тунелю - 15-18 т / добу, Втрата маси біорозкладаючихся органічних речовин за 10 днів ферментації - 30%. Витрата повітря, що подається в процес - 150 м3 / м2 на годину. Вологість матеріалу на виході з тунелю 30%. При продуктивності по вихідному 600 т / добу потрібна установка до 40 тунелів.

Рис. 3. Установка для компостування

Технологічна лінія переробки твердих побутових відходів у компост, що полягає в їх попередній підготовці, біотермічній обробці в біобарабані при продувці кисневмісних газом і видалення відпрацьованого газу, грохоченні, сепаруванні і складуванні в штабелі для остаточного дозрівання, згідно з винаходом, після виходу компосту з сепаратора, біотермічну обробку в біобарабані проводять при його обертанні з змінною швидкістю, періодично змінюють швидкість обертання від мінімальної до максимальної, продувку кисневмісних газом здійснюють у поздовжньому напрямку, а температурний режим в біобарабані підтримують за допомогою температури підігрітого кисневмісного газу.

Биотермічну обробку проводять, обертаючи біобарабан зі швидкістю до 1,5 об/хв, при завантаженні і вивантаженні і зі швидкістю до 0,2 об/хв в процесі компостування.

Температуру обробки твердих побутових відходів в біобарабані в холодну пору року підтримують за рахунок нагнітання кисневмісного газу, підігрітого до t, що дорівнює 50^oС.

Запропоноване рішення застосовне, працездатне і здійсненне, тому що може бути використане при знешкодженні побутових відходів та відходів органічного походження промислових підприємств для отримання органічних добрив.

Рис. 4. Схема технологічної лінії по переробці ТПВ

Лінія містить передавальні пристрої -1, з'єднують послідовно розташовані приймальний бункер - 2, перший гуркіт - 3, основний магнітний сепаратор - 4, біобарабан - 5, систему примусової вентиляції - 6, другий гуркіт - 7, магнітний сепаратор - 8, сепаратори для відділення плівки - 9 і відділення для скла - 10.

Процес переробки здійснюється в безперервному режимі. В приймальний бункер 2 завантажують тверді побутові відходи (ТПВ), зібрані в житлових масивах, та/або органічні відходи промислових підприємств. За передавального пристрою 1 ТПВ надходять в перший гуркіт 3, де відбувається відсіювання великогабаритного баласту, а потім в основний магнітний сепаратор 4 для відділення металевих домішок й в биобарабан 5, у якому відбувається процес компостування (біотермічна обробка) органічних відходів. Біобарабан при проведенні процесу біотермічної обробки відходів обертають зі швидкістю до 0,2 об/хв, а при його завантаженні і вивантаженні зі швидкістю до 1,5 об/хв. Для покращення процесу біотермічної обробки і максимального насичення киснем швидкість обертання змінюють від мінімальної, рівної 0,2 об/хв, до максимальної, що дорівнює 1,5 об/хв. Система примусової вентиляції 6 встановлена незалежно від біобарабана 5 і приєднана до нього через отвори, розташовані у верхній частині торцевої стінки біобарабана, недоступною для завантаженого матеріалу. За допомогою системи вентиляції 6 кисневовмісній газ подають у біобарабан. Система вентиляції 6 включає також пристрої, що дозволяють підігрівати кисневовмісній газ, що подається в біобарабан 5, наприклад, вентилятором через теплообмінник. Вентиляцію твердих побутових відходів, що піддаються переробці біобарабане 5, виробляють постійно, продувку кисневмісного газу здійснюють у поздовжньому напрямку, при цьому відпрацьований газ видаляють. Нагнітається кисневовмісній газ і подається в такій кількості і підігрітий до такої температури, щоб забезпечити якісний процес компостування відходів, завантажених в біобарабан 5, а саме виключити виділення фільтрату і поява конденсату, що утворюється різницею температур відходів і середовища біобарабана, а також в залежності від обсягу завантаження останнього. Режими вентиляції і підігріву повітря постійно контролюються. Особливо важливо підтримувати температурний режим в біобарабані в холодну пору року, що досягається за рахунок температури нагнітання кисневмісного газу, що підігрівається в системі вентиляції до 50 - 60^oС. До моменту надходження в біобарабан 5 температура підігрітого газу близько 50^oС.

Отриманий в результаті обробки в біобарабані 5 компост з передавального пристрою 1 надходить у другій гуркіт 7, призначений для вторинної обробки, а саме для відділення з компосту некомпостованих неорганічних включень, наприклад скляних і жерстяних банок і т.п. Після виходу з біобарабана, а потім другого гуркоту 7 компост подають в сепаратори для відділення плівки 9 і відділення для скла 10, послідовно встановлених один за одним. Потім компост складується в штабелі до повного дозрівання.

Проведення біотермічної обробки в біобарабані при його обертанні з змінною швидкістю, періодична зміна швидкості обертання від мінімальної до максимальної дозволяє здійснювати більш ефективне насичення ТПВ кисневмісних газом, що також підвищує ефективність і прискорює процес компостування.

За рахунок нагрівання газу в холодну пору року в біобарабані підтримують постійний температурний режим, що значно знижує можливість поява фільтрату і покращує санітарно-гігієнічну обстановку на підприємстві, а також дозволяє поліпшити якість отриманого компосту і оптимізувати швидкість компостування в цей період часу.

Додаткова операція очищення компосту від домішок металів у магнітному сепараторі, вироблена після виходу компосту з біобарабана і грохочення, дозволяє поліпшити якість кінцевого продукту з мінімальними витратами.

3. Склад та використання готового компосту

Склад компосту варіює у широких межах і переважно відображає компоненти готового компосту використаної органічної сировини: органічні речовини 25,0-80,0 % с.р.; вуглець 8,0--50 % с.р.; азот 0,4-3,5 % c.р.; фосфор 0,1 - 1,6 % с.р.; калій 0,4-1,6 % с.р.; кальцій (у вигляді СаО) 0,7-1,5 % .

Отриманий компост можна використовувати:

1- як добриво:

2- у сільському господарстві;

3- у лісному господарстві;

4- у зеленому будівництві;

5- для рекультивації земель;

Як паливо з попереднім брикетуванням; брикетування треба проводити за стандартними технологіями, які включають попередню сушку компосту до вологості від 3% до 8% та оброблення на пресі.

Висновок

Компостування є способом гігієнічного знищення органічних відходів і отримання корисного продукту, внесення якого до ґрунту забезпечує його поживними речовинами, мінералізує, знижує засолення, підвищує його стабільність і здатність утримувати вологу.

Компостування дає змогу отримувати за допомогою біологічного окиснення стабільні гуміфіковані продукти. Внесення сирих органічних відходів до будь-якої екосистеми може створити серйозні проблеми або через їх забрудненість (високу потребу в кисні), або через утворення проміжних токсичних сполук, або через виділення аміаку. Внесені в екосистему гуміфіковані продукти не викликають істотних порушень екологічної рівноваги, на відміну від сирих відходів.

Компост є насамперед засобом для поліпшення структури грунту і, до деякої міри, добривом. При додаванні компосту в ґрунт він руйнується, виділяючи основні поживні речовини для рослин, джерела N, Р, мікроелементи. Клейкі речовини, а також міцелій грибів та актиноміцетів сприяють агрегації частинок ґрунту, органічні компоненти компосту збільшують здатність утримувати вологу, що значно підвищує стійкість ґрунту до вітрової і водної ерозії.

Цікавий спосіб використання компосту - усунення поганого запаху повітря при пропусканні його крізь купу компостованого матеріалу, причому хімічні речовини з поганим запахом абсорбуються в компості та потім руйнуються мікроорганізмами. При переробці великих кількостей смердючого повітря необхідно, щоби зменшення тиску при проходженні шару компосту було незначне, і цей шар треба час від часу зволожувати, щоб запобігти його пересиханню.

Одним з основних способів використання компосту з міських відходів у Франції і Німеччині є зміцнення крутих схилів для розміщення на них виноградників.

Компостування зменшує кількість відходів. Після компостування органічних відходів компостна маса становить не більше від половини початкового об'єму, що істотно знижує вартість транспортування. Біодеградація 30-40 % органічної речовини проходить з виділенням діоксиду вуглецю і води, що істотно зменшує масу початкового сирого матеріалу (проте передбачити вихід процесу складно, оскільки фракція органічного субстрату, що не піддалася деградації, також потрапляє в кінцевий продукт).

Вміст води у кінцевому компостному продукті залежить від виділеної мікроорганізмами і втраченої за рахунок випаровування. У сухому кліматі іноді виникає необхідність додавати воду для підтримання достатнього рівня мікробної активності. Прості системи компостування в ямах, що використовуються в тропіках для компостування суміші відходів рослинництва, гною, бур'янів, деревної золи і нечистот, здебільшого дають вихід 40 % (за вологою масою), але в цих процесах, перевертаючи компост, необхідно додавати воду.

Завдяки тому, що внесення компосту задовольняє потребу в мікроелементах, покращує структуру ґрунту і підвищує її здатність утримувати вологу, у разі його сумісного використання з неорганічними добривами посилюється дія останніх. Слід пам'ятати, що склад компосту дуже варіює залежно від початкового матеріалу. Живильні речовини виділяються з компосту повільніше, ніж з легкорозчинних неорганічних добрив, отже, дія компосту може тривати протягом декількох років, змінюючи кількість основних живильних речовин, які в рік внесення компосту розподіляються за елементами: за азотом - 25 %, за фосфором - 100 %, за калієм - 80 %.

Компостування забезпечує знешкодження патогенності відходів. При компостуванні досягаються температури, за яких гинуть патогенні мікроорганізми, бур'яни і їх насіння. Патогенні мікроорганізми (бактерії, актиноміцети, гриби, віруси чи найпростіші або гельмінти) викликають інфекційні захворювання тварин і людини при мезофільних температурах (нижче від 40 °С, оскільки адаптовані до температури тіла людини і тварин), що потребує знезараження, зокрема нагріванням та усуненням патогенів, збудників захворювань.

Список використаних джерел

1. Швед О.В. Екологічна біотехнологія: Навч. посібник: у 2 кн. Кн. 1 / О.В. Швед, О.Б. Миколів, О.З. Комаровська-Порохнявець, В.П. Новіков. - Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка, 2010. - 424 с.

2. СОУ ЖКГ 03.09-014:2010 Стандарт житлово-комунального господарства України: Побутові відходи. Технологія перероблення органічної речовини, що є у складі побутових відходів. - Київ, 2010.

Размещено на Allbest.ru