8138

171

структуру почвы. Аэробный процесс разложения органического вещества сопровождается выделением теплоты и характеризуется уравнениями типа:

С6Н12О6+ 6О2 6СО2+6Н2О; С10Н19О3N+12,5O2 10CO2+8H2O+NH3 .

Конечный продукт – компост содержит наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу мертвых организмов, некоторое количество живых и продукты химического взаимодействия этих компонентов.

Наиболее простой метод – полевое компостирование – давно используется в сельском хозяйстве для получения компоста из торфофекальных смесей.

Для компостирования используют разнообразные отходы: бытовой мусор, навоз, отходы растениеводства, нечистоты, сырой активный ил.

Исследования, проведенные в США, Франции, Финляндии и Японии показали, что компостирование позволяет существенно сократить топливноэнергетические расходы на обеззараживание осадков и улучшить их санитарно-гигиенические показатели (вследствие гибели болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух). В процессе жизнедеятельности аэробных микроорганизмов происходит потребление и расход органических веществ, поэтому биотермический процесс наиболее эффективен при компостировании сырых несброженных осадков. Однако он применяется в комбинации с анаэробным сбраживанием осадков в мезофильных условиях. В связи с тем, что процесс эффективен лишь при определенной влажности осадков (не превышающей 60 %), компостированию целесообразно подвергать осадки, механически обезвоженные или подсушенные на иловых площадках.

Для создания пористой структуры осадка требуемой влажности и оптимального соотношения углерода и азота, обеспечивающих проведение биотермического процесса в аэробных условиях, компостирование осадков

172

следует осуществлять в смеси с наполнителями. Наиболее благоприятное соотношение углерода и азота 20-30:1.

ВСША, Франции, ФРГ, Швеции, Финляндии, Японии и других странах обезвоженные осадки сточных вод влажностью 65-80 % компостируются совместно с размолотой древесной корой, листьями, соломой, древесными опилками, торфом, сухим осадком, твердыми бытовыми отходами и другими добавками, которые используются в качестве разрыхляющего порообразующего, углеродсодержащего и влагопоглощающего компонента. Наличие наполнителей обеспечивает эффективное проведение биотермического процесса в аэробных условиях. Появляется возможность корректировать содержание питательных элементов дополнительным их внесением (например – калия). Также, за счет внесения наполнителей, происходит «разбавление» концентраций тяжелых металлов в случае их высокого содержания в исходном органическом сырье, что расширяет возможности использования готовых компостов.

Впроцессе компостирования осадков, в котором принимают участие более 2000 бактерий и не менее 50 видов грибов, протекает биотермический процесс, сопровождающийся потреблением органических веществ и повышением температуры до 50-80°С, что приводит к обеззараживанию и сокращению массы осадков. Количество органических веществ при этом сокращается на 25-40 %, а иногда и более в зависимости от состава осадка, метода, продолжительности и условий компостирования. Процесс компостирования принято подразделять на несколько стадий: мезофильная (I), термофильная (II), остывание (III), созревание (IV), которые характеризуются изменением температуры и рН, что представлено на рисунке 32.

При хранении компоста процесс распада органических веществ замедляется, но продолжается, 1 кг органического вещества при распаде выделяет в среднем 21 МДж теплоты.

173

Рисунок 32. – Изменение температуры (1) и рН (2) в процессе компостирования

С учетом теплопотерь и нагревания материала на испарение 1 кг влаги нужно затратить в среднем 4 МДж теплоты.

Таким образом, при разложении 1 кг органического вещества из осадка удаляется 5 кг влаги; кроме того, часть влаги из осадка удаляется за счет естественного испарения. Продолжительность компостирования и общее количество удаляемой из осадка влаги зависят от применяемого метода компостирования, климатических факторов, сезона года, размеров штабелей, количества подаваемого воздуха, периодичности перелопачивания и т.п. Чем выше температура окружающего воздуха, тем быстрее и интенсивнее идет процесс.

При компостировании одним из решающих факторов является поступление в компостируемую массу осадка кислорода воздуха. Стехиометрическая потребность кислорода воздуха для осуществления процесса в соответствии с приведенными выше уравнениями в среднем составляет 2 кг О2 на 1 кг окисленного органического вещества. Именно

174

такое количество воздуха требуется для начала осуществления процесса в первые дни (3-6 сут) и достижения температуры обеззараживания. В дальнейшем воздух требуется не только для продолжения процесса, но и для удаления из осадка влаги, поэтому его расход увеличивается. Расход воздуха зависит от влажности компостируемой массы: чем она выше, тем больше требуется воздуха. Однако увеличение подачи воздуха ведет к уменьшению температуры компостируемой массы, а, следовательно, к снижению скорости процесса, поэтому подача воздуха должна регулироваться. При подготовке осадков к компостированию следует стремиться к их максимально возможному обезвоживанию.

Благодаря удалению влаги из осадка в процессе компостирования готовый компост получают в виде сыпучего материала влажностью 40-50 %. Вследствие снижения влажности и распада органических веществ объем компоста уменьшается, в результате чего сокращаются транспортные расходы на его перевозку. Готовый компост не имеет запаха, не загнивает и является хорошим удобрением.

Процесс компостирования осуществляют с помощью компостных штабелей или более сложных механизированных систем.

Наибольшее применение получил метод компостирования в штабелях, формируемых на площадках с водонепроницаемым покрытием (асфальтированных или бетонных), рассчитываемых на нагрузку от применяемых механизмов и массы штабелей. На рисунке 33 представлен метод компостирования осадка в аэрируемом штабеле.

Штабели различной высоты формируются с использованием средств механизации (например, козлового крана, бульдозера, экскаватора): высотой 1-3 м – при естественной аэрации, высотой до 5 м – при принудительной аэрации. Форма штабеля трапециевидная с шириной по верху от 2 до 30 м, длина не ограничивается.

175

Рисунок 33. – Компостирование в аэрируемом штабеле: 1 - асфальтированная площадка; 2 - штабель; 3 - слой компоста; 4 - древесная щепа; 5 - перфорированные трубы; 6 - влагоотделитель; 7 - вентилятор; 8 - просеянный компост

При применении аэрируемых штабелей необходимо предусматривать укладку в основание штабеля перфорированных труб диаметром 100-200 мм с размером отверстий 8-10 мм. Расход воздуха принимается 10-25 м3/ч на 1 т органического вещества смеси. Воздух подается воздуходувной установкой или отсасывается вентилятором. По контуру площадки устанавливаются лотки для сбора поверхностного стока.

Технологический режим предусматривает укрытие компостируемой массы безопасным в санитарном отношении материалом, например, готовым компостом слоем в 20 см и более. Покрытие служит для предотвращения размножения мух и грызунов и, кроме того, обеспечивает теплоизоляцию обезвреживаемой массы.

Процесс ферментации разделяется на две фазы. Первая фаза протекает в течение 1-3 недель, сопровождается интенсивным развитием и размножением микроорганизмов, при этом температура повышается до 50-80 °С. Вторая фаза – фаза созревания компоста – более длительная (от двух

176

недель до 3-6 мес.), сопровождается развитием простейших и членистоногих организмов и снижением температуры до 40°С и ниже. Для равномерного прогревания и обеспечения микроорганизмов воздухом в период компостирования необходимо 2-3 – разовое перелопачивание компостируемой массы.

В некоторых случаях в качестве наполнителя при формировании штабелей может использоваться готовый компост.

Количество сухого компоста, необходимого на рециркуляцию при компостировании, может быть определено из уравнения:

(АС2+ВС1):(А+В)=С3, где А – количество компоста, необходимого на рециркуляцию, т;

В – количество компостируемого осадка, т; С1, С2 и С3 – концентрация сухого вещества соответственно в

обезвоженном осадке, рециркулируемом компосте и компостируемой смеси, %.

Например, если влажность обезвоженного осадка составляет 75%, влажность готового компоста, предназначенного для рециркуляции 40 %, влажность компостируемой смеси 60 %, то необходимое количество компоста для рециркуляции составит:

(60А+25·1):(А+1)=40, откуда А=0,75 т на 1 т механически обезвоженного осадка.

Совместное биотермическое обеззараживание осадков сточных вод и твердых отходов позволяет ускорить процесс разложения органического вещества путем взаимообогащения компонентами, способствующими интенсификации процесса, в частности улучшению соотношения углерода и азота, повышению пористости осадков сточных вод и относительному уменьшению инертных включений в смеси (стекла, песка и т.п.). Основными компонентами твердых бытовых отходов являются бумага и пищевые отходы, играющие главную роль в процессе биотермического разложения. Увеличение содержания в твердых бытовых отходах бумаги ведет к

177

сокращению в них органического азота. Смешивание же твердых бытовых отходов с осадками сточных вод способствует обогащению их азотом и улучшению качества готового продукта. Совместная переработка осадков сточных вод и твердых бытовых отходов позволяет сократить: требуемые площади для хранения и число обслуживающего персонала. При этом также сокращаются энергетические затраты, так как обеззараживание осадков достигается в процессе компостирования без применения каких-либо специальных устройств (камер дегельминтизации, сушилок и т.п.). Получаемый компост используется в качестве удобрения либо биологического топлива. Влажность твердых бытовых отходов колеблется в пределах 25-60 %, зольность – 28-41 % общей массы и зависит от состава мусора, времени года, условий сбора и хранения. Для осуществления процесса компостирования в оптимальных условиях влажность смеси осадков и твердых бытовых отходов должна быть в пределах 50-60 % и отношение осадка к твердым отходам по массе – от 1:1 до 1:3.

В настоящее время в различных странах работают более 100 мусороперерабатывающих заводов, на которых компостируются смеси твердых отходов и осадков сточных вод. Компостирование осуществляется как с применением различных механизмов (ферментаторов, биобарабанов

ит.п.), так и в штабелях с механизацией работ по складированию, перемешиванию и погрузке компоста, с применением устройств для аэрации, размельчения, сортировки и т.п. При компостировании в штабелях используются смеси дробленых или недробленых отходов с сырыми и сброженными осадками, как необезвоженными, так и предварительно обезвоженными. Осадки добавляются либо с целью увлажнения, либо с целью обогащения твердых бытовых отходов, либо для того и другого.

Биодеградация органического материала при компостировании приводит к потере 30-40 % органического вещества в виде диоксида углерода

иводы, поэтому масса образующегося компоста существенно меньше массы исходного сырого материала. Состав компоста варьируется в широких

178

пределах, в основном он отражает состав использованного органического сырья. В таблице 33 представлены компоненты готового компоста с указанием пределов их содержания (в % по сухой массе).

Компост, сырьем для которого служили бытовые отходы, содержит меньше органических веществ и других макроэлементов, чем компост, полученный из сельскохозяйственных отходов и осадков сточных вод. Компост из твердых бытовых отходов может содержать существенные количества ионов тяжелых металлов, которые могут затем накапливаться в растениях, выросших на почве, удобренной таким компостом. Поэтому уровень тяжелых металлов в компосте следует контролировать.

5.2Расчет площадок компостирования

Входе расчета площадок компостирования определяют количество осадка, подаваемого на компостирование, количество рециркулируемого зрелого компоста, количество необходимого присадочного материала, объемы аэрируемой компостной смеси и дозреваемого компоста, исходя из этого, вычисляют расчетную площадь компостирования, включающую площадь аэрируемого, дозреваемого компоста и площадь складирования присадочного материала. Ниже приводится расчет площадок компостирования в соответствии с типовым проектом 902-5-8.84.

179

1. Определяем количество осадка, подаваемого на компостирование по

где Рк – влажность кека, %, γк – объемный вес кека, т/м3

(например, при центрифугировании осадка γк =0,8-0,9 т/м3).

2. Определяем необходимое количество рециркулируемого зрелого компоста по сухому веществу Qрсух и по объему Qр влажностью 40 % и

3. Определяем необходимое количество присадочного материала по сухому веществу Qпмсух и по объему влажностью 40 % и насыпном весе ρ=0,4 т/м3:

4. Определяем количество смеси, поступающей на аэробное биотермическое обезвреживание, по сухому веществу QΣсух и по объему QΣ влажностью 65 % и насыпном весе ρ=0,5 т/м3 согласно т.п. 902-5-8.84:

180

5. Определяем количество аэрируемой компостной смеси средней влажностью 55 % и насыпном весе ρ=0,5 т/м3 согласно т.п. 902-5-8.84:

где 30 – время компостирования, сут.

6.Определяем количество дозреваемого компоста Qдк влажностью 40

%и насыпном весе ρ=0,4 т/м3:

11. Определяем количество площадок компостирования nк в зависимости от общей расчетной площади компостирования и от площади типовой площадки компостирования, равной 1944 м2 по т.п. 902-5-8.84:

Пример расчета: Рассчитаем площадки компостирования для станции аэрации производительностью 35 тыс. м3/сут., суточный объем осадка влажностью 75 %, направляемого на компостирование, составляет 49,8 м3/сут, объемный вес обезвоженного осадка составляет γк =0,9 т/м3.

1.Определяем количество осадка, подаваемого на компостирование по сухому веществу Qбтсух по формуле (5.2):