Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Красноярский государственный аграрный университет

Институт агроэкологических технологий

Кафедра почвоведения и агрохимии

Специальность 35.03.04 «Агрономия»

Реферат

Переработка органических отходов методом вермикультуры

Руководитель: доцент Ульянова О.А.

Выполнил:

Студент группы А-31

Борисова Е.В.

Красноярск 2016

Содержание

• Введение
• 1.Компостирование - перспективная технология
• 2.Вермикомпостирование
• 2.1 Вермибурты
• 2.2 Вермиложа и вермиконтейнеры
• 2.3 Вермиреакторы
• 3.Огород на крыше
• 4.Преимущества технологии вермикомпостирования
• Заключение
• Библиографический список


Введение

В результате чрезмерной концентрации населения в городах и появления мегаполисов обострилась ситуация c обезвреживанием твердых отходов, причем не только промышленных, но и бытовых. Горы отвалов этих отходов стали одним из факторов, угрожающих существованию самой цивилизации в 21 веке.

Наибольшее практическое распространение в мировой практике получили захоронение и сжигание ТБО. Самым распространенным методом утилизации до настоящего времени все еще остается захоронение на полигонах. Альтернативой ему служит сжигание. Но, как свидетельствует опыт управления отходами ведущих стран мира, утилизация ТБО по принципу «закопать и забыть» или «сжечь» в настоящее время не имеет и не может иметь перспектив. При первом способе происходит загрязнение территорий и грунтовых вод, при втором - атмосферы, в которую попадают (наряду с CO2) продукты неполного сгорания органических веществ. Таким образом, эти способы экологически вредны и экономически не выгодны.

Возможность повторного использования отходов или продуктов их переработки - одна из основных экологических и экономических проблем.

С осознанием экологической угрозы устойчивому развитию становится популярной идея организации переработки самых различных видов отходов для поддержания замкнутости природных циклов. Современная стратегия обращения с отходами, принятая в РФ, а также Директивы стран ЕС диктуют необходимость снижения поступления на полигоны органических отходов, которые составляют до 80 % от массы ТБО, а также недопустимость их захоронения в необработанном виде. Так планируется к 2017 г. снизить на 75 % поступление на полигоны органической фракции ТБО.

компостирование вермиреактор утилизация

1. Компостирование - перспективная технология

При выборе способа переработки органических отходов во многих странах мира предпочтение отдается биотехнологическим процессам, в частности, компостированию. В качестве компостируемых материалов можно использовать органическую фракцию муниципальных ТБО, а также бумагу, картон, пищевые и садовые отходы, листовой опад, скошенную газонную траву, отходы перерабатывающей, целлюлозно-бумажной и фармацевтической промышленности.

В настоящее время в России раздельный сбор бытовых отходов не имеет широкого применения и находится пока еще на стадии экспериментов. С большой натяжкой к раздельному сбору можно отнести сбор картонной тары на предприятиях торговой сферы. Несмотря на то, что в России до сих пор отсутствует раздельный сбор мусора, в крупных городах возможно применение методов компостирования органической фракции ТБО. Однако строительство заводов по механизированной переработке ТБО с применением основного технологического процесса аэробного компостирования в биоферментаторах в настоящее время не представляется возможным из-за высокой стоимости строительства и специального оборудования. Другим более доступным методом могло бы стать применение крупномасштабного компостирования органической фракции ТБО на открытых площадках в буртах. Существенным недостатком такого способа утилизации ТБО является значительная продолжительность процесса (4-6 мес.). Кроме того, этот способ требует отчуждения больших земельных территорий.

Учитывая данные обстоятельства, компостирование органической фракции ТБО может рассматриваться как перспективная технология после извлечения полезных фракций (бумага, стекло, текстиль, пластик, металл) на мусоросортировочных комплексах.

2. Вермикомпостирование

Специфические свойства органической фракции ТБО позволяют более полно и эффективно утилизировать ее другим способом - вермикомпостированием. До недавнего времени в словаре русского языка имелось всего два слова: вермишель и вермикулит, образованных от ла- тинского слова vermes - червь. Теперь в научной и научно- популярной литературе можно насчитать добрых три- четыре десятка слов, которые являются калькой с английских научных терминов, появившихся с развитием вермитехнологии.

Вермикомпостирование - наиболее экологически безопасный и экологически «дружественный» метод. Его суть заключается в использовании искусственно воссозданного и культивируемого комплекса гетеротрофных почвенных организмов: дождевых червей и сопутствующих им представителей микроскопических беспозвоночных и сообщества микроорганизмов. Эта технология широко используется во многих странах в целях получения из малоценных органических отходов двух видов высокоценных хозяйственно полезных продуктов: органического удобрения (вермикомпоста или биогумуса) и белково-витаминной кормовой добавки из биомассы дождевых червей.

Все видели дождевых червей, которые после дождя выползают на поверхность земли. Для школьников и студентов он более знаком как объект для изучения анатомического строения; для рыбаков - это прекрасная наживка для ловли рыбы; а для обычного человека - это просто «еще одно божье создание». На самом деле, дождевые черви - это «живые фабрики почвенного плодородия». Об этом писал великий Ч. Дарвин более 170 лет тому назад.

В настоящее время известно более 3 тыс. видов дождевых червей или олигохет (малощетинковые кольчецы), но человек использует в качестве вермикультуры не более 12-15 видов дождевых червей. В странах с умеренным климатом широко используется навозный или компостный червь Eisenia fetida и его подвиды E.f.fetida; E.f.andrei, обыкновенный дождевой червь Lumbricus terrestris, малый красный червь L. rubellus и дендробена венецианская Dendrobaena veneta. В странах с жарким климатом использу- ются такие тропические виды дождевых червей как Perionix excavatus, Eudrilus eugeniae и Lampito mauritii.

Компостный червь E. fetida - наиболее универсальный вид дождевого червя, используемый человеком для самых различных целей. Он характеризуется быстрым ростом и коротким циклом жизни, легко адаптируется к самым различным видам органических отходов, плодовит и поэтому предпочтителен для вермикультуры. Этот вид червей вырабатывает липазы - жиры, которые расщепляют ферменты, что очень важно при утилизации пищевых отходов. Для культивирования в искусственных условиях компостных червей вида E. fetida, необходимы следующие условия:

* температура субстрата жизнеобитания - 20-28 єC;

* влажность субстрата жизнеобитания - 70-80 % от полной его влагоемкости;

* значения рН среды пищевых субстратов в диапазоне от 5,0 до 8,0;

* регулярное добавление органических материалов;

* насыщение кислородом воздуха субстрата жизнеобитания.

Соблюдение всех этих условий способствует активному росту и размножению дождевых червей при максимальном потреблении корма. Это приводит к ускорению переработки органической фракции ТБО, увеличению выхода высококачественного вермикомпоста и биомассы червей.

Вермикомпосты - это органические материалы, которые получаются при взаимодействии дождевых червей и микроорганизмов в результате мезофильных процессов в диапазоне температур перерабатываемого субстрата от 10 до 32 0C. При этом получаются полностью стабилизированные высокогумусированные органические удобрения. Вермикомпосты обладают высокими уровнями разнообразных микробиологической и ферментативной активности, прекрасной физической структурой, высоким влагоудержанием, а также содержат в себе питательные макро- и микроэлементы в доступных для растений формах. Вермикомпосты также содержат в себе гормоны роста растений и гуминовые вещества, которые действуют как регуляторы роста растений. Более того, в отличие от компостов, в вермикомпостах содержатся антибактериальные и антигрибковые пептиды и репелленты.

Образно говоря, дождевой червь - это уникальная биофабрика, созданная самой природой. Дождевые черви миллионы лет незаметно и постоянно очищали Землю от органических отходов. В их желудочно-кишечном тракте, как в биореакторе, поглощенные органические вещества растительного, микробного и животного происхождения превращаются в ряд физиологически активных субстанций, то есть происходит чудесное превращение мусора в «золото». Задача человека - применить эту природную технологию масштабно, для решения постоянно увеличивающихся экологических проблем.

В последнее время были использованы многие различные подходы для решения проблемы утилизации больших количеств органических отходов с помощью вермикультуры. Для этого использовались как простые технологии, требующие больших затрат ручного труда, так и полностью автоматизированные устройства, обслуживаемые оператором. В настоящее время известны следующие основные типы технологии вермикомпостирования: вермибурты, вермиложа, вермиконтейнеры и вермиреакторы.

2.1 Вермибурты

Если говорить простыми словами, то вермибурты - это длинные кучи (различной высоты и ширины) органического субстрата, заселенные вермикультурой. Их можно использовать как в помещениях, так и вне их, но такая система требует большой площади земли или больших помещений. В регионах с холодным климатом, особенно в России, круглогодичное вермикомпостирование в отапливаемых помещениях является довольно дорогим методом. Кроме того, получить вермикомпост отдельно от червей достаточно сложно, так как при больших объемах перерабатываемой органики необходимо использовать специальный сепаратор для отделения червей и коконов от вермикомпоста.

Одно из самых крупных вермихозяйств находится в США, где используется технология вермибуртов. 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 добав- лением навоза.

Переработка органических отходов в стационарных вермибуртах имеет несколько преимуществ: прежде всего это низкие капитальные затраты и простое управление. Однако эта система имеет много недостатков: необходимость использования интенсивного ручного труда, отчуждение больших производственных площадей, длительность процесса переработки отходов при существенных потерях питательных веществ от выщелачивания и улетучивания, трудоемкость отделения вермикомпоста от червей.

Более эффективной является так называемая система «самоперемещаемых» вермибуртов. Эта модифицированная система вышеописанных стационарных вермибуртов, использование которой требует существенно меньшей рабочей площади. Благодаря тому, что исключается необходимость в отделении биомассы червей от вермикомпоста, она проще для переработки органики. Эта технология успешно используется более 10 лет в вермихозяйстве «Yelm Earthworm and Castings Farm», которое находится рядом с г. Йелм (штат Вашингтон). Около 15 т биомассы компостных червей перерабатывают различные органические отходы: навоз, опилки, измельченную траву (в Америке довольно популярны газонокосилки, в результате чего накапливается много скошенной травы), пищевые отходы, измельченный и увлажненный картон и многое другое. Эта технология известна, но не была запатентована. Недавно эта система вермикомпостирования была адаптирована к российским условиям и запатентована в России (RU2255078).

2.2 Вермиложа и вермиконтейнеры

Вермиложа - те же вермибурты, имеющие боковые стенки, изготовленные из досок, кирпичей или шлакобе- тонных блоков.

Вермиконтейнеры используются, пожалуй, наиболее широко в вермииндустрии различного уровня как круп- ными производителями вермикомпоста и биомассы дождевых червей, так и частными энтузиастами-домовладельцами и владельцами квартир. Они предназначены для переработки кухонных и садовых отходов. Преимущества этих систем:

* доступность, так как можно использовать вермикомпостеры различных типов и размеров - от простого деревянного или пластикового ящика до многоярусного контейнера;

* возможность переработки значительных количеств органических отходов непосредственно на месте (дома, в саду), что устраняет их отправку на свалку.

Эти системы полезно использовать в школьных проектах для экологического образования и воспитания детей. Одним из основных недостатков является проблема появления мух.

Примером успешного использования технологии вермикомпостирования является опыт по переработке пищевых отходов в трех школах г. Бирмиргема (Великобритания) по программе Технологического инновационного центра. Пищевые отходы школьных завтраков и обедов предварительно обрабатываются препаратом BOKASHITM, содержащим эффективные микроорганизмы, что позволяет ускорить процессы компостирования в вермиконтейнерах. Эта работа выполняется уже в течение нескольких лет самими школьниками под руководством учителей и студентов, поддерживается Агентством по защите окружающей среды и государственной ветеринарной службой Великобритании. Целью этой программы было вовлечение детей, их родителей и школьный персонал в этот образовательный и воспитательный проект.

В нашей стране в последнее время нечто подобное осуществляется в некоторых российских школах в городах Пущино-на-Оке, Апатиты, Владимир и Ковров.

2.3 Вермиреакторы

Вермиреакторы разработаны в результате усовершенствования системы вермиложа. Органические материалы ежедневно укладываются слоями поверх вермиложа, располагающегося на сетке или решетке. Вермикомпост удаляется снизу вермиложа с помощью движущегося скребка, расположенного под сеткой, и падает вниз в приемник, размещенный на полу. Эти системы могут быть двух типов: простые, которые управляются вручную оператором, и полностью автоматизированные, имеющие датчики и устройства контроля показателей влажности и температуры.

Для достижения максимальной производительности такие вермиреакторы должны размещаться в закрытых помещениях. Стоимость вермиреактора равна стоимости биоферментатора, перерабатывающего подобные количества органических отходов с помощью термофильных микроорганизмов. Например, стоимость полностью автоматизированного вермикомпостирующего биореактора, вырабатывающего 1 тыс. т/г вермикомпоста, составляет приблизительно 100 тыс. долл. США.

Очень удачным технико-технологическим решением является вермикомпостер «Worm Wigwam» (Вигвам для червей), который производит фирма ЕРМ Inc. (шт. Оре- гон, США). Эта система доказала свою рекордную эффективность и используется на всей территории Северной Америки в школах, университетах, колледжах, офисах, госпиталях и военных базах. Он изготовлен из вторичных полимерных материалов и имеет следующие габаритные размеры: высота - 90 см и диаметр 90 см. Для круглогодичного использования вермикомпостер размещают в теплом изолированном помещении. В нем «поселяют» 35-40 тыс. взрослых особей компостных червей, которые за год способны переработать около 3,5 т пищевых отходов.

Американская фирма «Original Vermitech Systems» раз- работала биореактор «VermiOrganic Digester» с габаритными размерами 5,5x2,1x1,5 м, который используется для переработки пищевых отходов кафетерия при медицинском университете штата Южная Каролина. Ежемесячная производительность биореактора составляет около ј т вермикомпоста, который используется для озеленения принадлежащей университету территории.

Данная система имеет очевидные преимущества перед другими методами компостирования органических отходов: переработка органических отходов может осуществляться прямо на месте их получения, потери питательных веществ отсутствуют, запахов при утилизации отходов нет, не требуется добавления в перерабатываемые отходы разрыхляющих компонентов, производственная площадь минимизирована, расходы на электричество для подачи воздуха и освещения минимальны, ручной труд исключен, так как процессы кормления, сбора и сепарации червей автоматизированы. Все это позволяет снижать эксплуатационные расходы по сравнению с другими автоматизированными системами

В последнее время российские предприниматели начинают «делать деньги» на вывозе, сортировке и переработке ТБО. Пока зарабатывают они трудно - мешают особенности национального российского менталитета и отсталость системы ЖКХ. Известно, что сбор, сортиров- ка и переработка муниципального мусора - настолько выгодное дело, что за контроль над ними разворачиваются мафиозные войны.

3. Огород на крыше

Впервые исследования по переработке городских и бытовых отходов с помощью вермикомпостирования были осуществлены в конце 80-х начале 90-х гг прошлого столетия в СССР Ю. Б. Моревым (Бишкек, Киргизия) - пионером в области вермикультивирования. В лабораторных и производственных опытах была показана перспектив- ность использования компостных червей E. fetida. Была отработана технология вермикомпостирования после предварительной обработки городского мусора (сортировка, измельчение и увлажнение), были предложены технико-экономическое обоснование и расчеты по промышленному разведению дождевых червей в целях получения вермикомпоста из городского мусора и бытовых отходов. К сожалению, этот опыт ученого из Киргизии так и остался мало кому известным и не востребованным.

15 лет тому назад в г. Санкт-Петербурге начал про- водиться эксперимент по раздельному сбору мусора и его переработке. Этот проект, названный «Огород на крыше» был направлен на создание и апробацию воспроизводимой модели устойчивого развития городского сообщества на примере 9-ти этажного многоквартирного дома (287 квартир и 470 жильцов), формирование экологически ориентированного сознания жителей, обучение лидеров умению передавать свой опыт другим заинтересованным сообществам. Проект был инициирован в рамках программы

«Центра гражданских инициатив». Кроме огорода, созданного н а п л о с к о й к р ы ш е (площадью 1 700 м2), в доме был налажен раздельный сбор бытового мусора. В под- вальном помещении дома из органической фракции ТБО с помощью компостных червей получали вермикомпост, который использовался для выращивания различных культур. Такой огород на крыше окупал затраты на свое содержание благодаря продаже выращенных на нем саженцев, давал зеленую продукцию для малообеспеченных жителей дома. Таким образом, была создана замкнутая малоотходная система: пищевые отходы - дождевые черви - вермикомпост - огород - растительная продукция. Для вывоза остальной части мусора (но уже без органических отходов) был за- ключен договор с мусороперерабатывающим заводом. Такой экодом с огородом на крыше стоит увидеть, необходимо пропагандировать и перенимать этот российский опыт, воспитывать подобных домохозяев и жить в таких экодомах.

Каждая среднестатистическая городская семья из 3-4 человек ежедневно выбрасывает до 1/4 кг пищевых отходов. В Москве, например, количество органических отходов, пригодных для переработки дождевыми червями, суммарно составляет до 750 т ежедневно и до 270 тыс. т ежегодно.

Начать можно с малого - с вермикомпостирования органических отходов дома и на садовом участке. Вермикомпостирование является одной из тех биотехнологий, которые доступны самым широким массам. Она проста и экономически привлекательна как для фермеров, так и для простых обывателей - от школьников до пенсионеров. Для этого нужно немногое:

* вермиконтейнер;

* компостные черви;

* субстрат для червей с запасом корма на неделю;

* вода;

* овощные, фруктовые отбросы кухни и другие растительные остатки.

Вермиконтейнер - это ящик из дерева или пластмассы, например размером 30х60 см и высотой 20 см. В таком ящике можно перерабатывать ежедневно до 0,5 кг отходов (кухонные отходы двух семей из 3-4 чел.). Для этого в контейнере для старта необходимо иметь в поддерживающем субстрате 0,5 кг компостных червей (1-2 тыс. особей). Контейнер должен находиться в тени или быть закрыт крышкой от солнечных лучей, если вермикомпостирование производится на открытом месте. Для круглогодичной переработки отходов контейнер размещается в зимнее время года в отапливаемом помещении.

Для переработки могут быть использованы следующие отходы органического происхождения:

* навоз сельскохозяйственных и домашних животных;

* растительные отходы (листья, трава, овощные и фруктовые);

* пищевые (бытовые) отходы;

* древесные опилки;

* бумага и картон;

* органическая фракция мусора.

Прежде всего все отходы должны быть мелко измельчены. Кроме органики, червям необходимы и минеральные вещества. Особенно им необходим такой элемент, как кальций. Его можно добавлять в количестве 0,5 %. Источником кальция может быть гипс, мел, доломитовая мука, яичная скорлупа. Все минеральные компоненты необходимо предварительно размалывать в порошок.

Оптимальными условиями процесса вермикомпостирования являются следующие:

* температура субстрата - 17-28 єС;

* влажность субстрата 70-85 %;

* плотность заселения субстрата 2-3 тыс. особей/м2;

* значение рН среды обитания червей - 6,5-8,0;

* продолжительность вермикомпостирования 3-6 мес.

В один из углов нижнего основного ящика помещают субстрат для жизнеобитания дождевых червей, содержащий недельный запас корма для червей, в который «заселяют» популяцию компостных червей в количестве 0,3-0,5 кг (2-3 тыс. особей). Влажность субстрата должна быть на уровне около 80 %. Запускают червей в сам субстрат. Затем на субстрат наслаивают измельченные органические отходы. Один раз в неделю добавляют в субстрат измельченные отходы. Один-два раза в неделю необходимо поливать отстоянной водой содержимое ящика. Когда нижний ящик полностью заполнится до верху, надо поставить на него второй ящик, содержащий корм для червей. Дождевые черви будут переходить из нижнего ящика через сетку. Через несколько недель практически все черви перейдут из нижнего ящика в верхний. Содержимое нижнего ящика - это практически готовый вермикомпост без червей. Когда второй ящик заполнится полностью, то можно поставить на него такой же ящик с сеткой с кормом для червей и продолжать выгонять червей в него.

По окончании процесса вермикомпостирования червей отделяют либо вручную от переработанного субстрата, либо, как указано выше, переселяют их на новый субстрат. Вермикомпост подсушивают естественным путем (стадия созревания) до влажности 50-55 %, просеивают через си- то с размером ячеек 3-5 мм.

4. Преимущества технологии вермикомпостирования

Одним из важных достоинств этого метода является то, что технологии получения компостов и вермикомпостов просты, доступны и хорошо известны каждому фермеру и садоводу. Многие огородники и садоводы перерабатывают растительные отходы сада, огорода и кухонные пищевые отбросы в компостных кучах в теплый период времени. Однако в зимний период накапливаются в основном кухонные пищевые отходы. Переработку всевозможных органических отходов можно производить быстрее и эффективнее круглогодично в контейнерах с помощью компостных червей.

Для жилых многоэтажек с мусоропроводом можно порекомендовать вермикультивирование в подвальных помещениях. В этом случае сбор пищевых отходов можно организовать, установив особые емкости около мусоросборника. Ежедневно в 16-ти этажном, 4-х подъездном доме (256 квартир) можно собирать до 64 кг пищевых от- ходов, переработка которых даст и вермикомпост, и живого червя. Учитывая высокую стоимость и того, и другого, можно не только покрыть расходы по вывозу, сбору и переработке отходов, но и дать внушительную прибавку к зарплате дворников.

В городских микрорайонах можно устроить полупромышленную переработку органических отходов в башенных вермикультиваторах. Они занимают небольшую площадь, могут размещаться вблизи или на перерабатывающих предприятиях, дающих большие массы органических отходов. Это позволит отдельным микрорайонам города или крупным перерабатывающим предприятиям избавиться от затрат на обезвреживание органических отходов и затрат на вывоз мусора на свалки.

В космической программе вермикультура много лет используется как компонент замкнутой экологической системы космического аппарата для переработки органических отходов. Дождевые черви являются удобным объектом для космических экспериментов: небольшие размеры, короткий цикл индивидуального развития, высокая плодовитость, высокий уровень биоконверсии органических отходов в удобрение и животный белок. В условиях продолжительных космических экспедиций дождевые черви могут использоваться для утилизации органических отходов жизнедеятельности космонавтов, пищевых отходов, водорослей, целлюлозы и других органических компонентов замкнутой системы космического аппарата и получения органического удобрения, которое в дальнейшем можно использовать как полноценный искусственный грунт для выращивания растительной продукции.

Дождевые черви являются прекрасным источником животного белка, обогащенного незаменимыми аминокислотами, жирными кислотами, ферментами и витаминами. Многие виды дождевых червей можно выращивать в различных органических отходах, превращая их в биомассу червей, последняя может составлять до 10 % от исходной массы отходов. Черви могут быть отделены от субстрата механическим способом и затем переработаны в сухие вермикорма для животных, которые могут быть использованы как белково-витаминная кормовая добавка.

Заключение

Вермикомпостирование органической фракции ТБО можно и нужно использовать для решения некоторых экологических проблем. Переработка на местах органической фракции ТБО позволит снизить не только нагрузку на полигоны и свалки, но получать высокоценные органические удобрения, использование которых будет способствовать возвращению изымаемых с урожаями сельскохозяственных культур из земли элементов питания для поддержания и восстановления ее плодородия. Эта технология должна стать тем инструментом, с помощью которого возможно будет очистить от органических загрязнений воду, землю и воздух.

Библиографический список

1. Городний Н.М., Мельник И.А., Повхан М.Ф. Биоконверсия органических отходов в биодинамическом хозяйстве. - Киев: Урожай, 1990.

2. Мельник И.А. Технология разведения дождевых червей и производства биогумуса//Земледелие. - 1991. - № 8.

3. Прикладная экобиотехнология: учеб.пособие / Кузнецов А.Е., Градова Н.Б., Лушников С.В. [и др.]. - М.: БИНОМ, 2010.

4. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления. - М.: Колос,2003.

5. Твердые бытовые отходы; Научно-практический журнал; август 2008.

Размещено на Allbest.ru