Утилизация осадков сточных вод очистных сооружений посредством компостирования

2.8. Методы компостирования ОСВ

2.8.1. Компостирование обработанных  реагентами ОСВ

Однако получаемая методом  реагентной обработки органо-минеральная  композиция сильно обеднена микрофлорой и поэтому при высыхании может образовать твердые монолитные глыбы. Поэтому для получения полноценного удобрения субстрат целесообразно компостировать. Компостирование осадков осуществляется в смеси с наполнителем – щепой и опилками (могут быть использованы солома, торф, листва и др.). В смесь добавляется микробиологический препарат «Байкал-ЭМ1», а аэрацию субстрата осуществляют перемешиванием, что способствует активному биотермическому процессу с повышением температуры более +50 С. Использование наполнителей позволяет корректировать состав компоста, в первую очередь по ТМ.

Показано, что компост созревает  за 2-3 месяца и представляет собой  рассыпчатый материал с запахом  земли. В нем отсутствуют патогенная микрофлора, жизнеспособные гельминты и их яйца, тогда как в исходных осадках с иловой карты они обнаруживаются. Биотестами на дафниях и в опытах с проращиванием семян установлено отсутствие у компоста токсичности.

Показатели важнейших  свойств компоста: влажность – около 50 %, рН_вод – 6,8-7,35; общего С – 12,2-20,54%, общего N – 1,05%, валового Р₂О₅ – 1,37–2,6 %, валового К₂О – 0,83%, подвижного Р₂О₅ – 35,0-56,0 мг/100 г, подвижного К₂О – 30,5 мг/100 г.

В целом, по своим физико-химическим и агрохимическим свойствам компост  отвечает требованиям, предъявляемым к органическим удобрениям [20, 23]. Компост может быть использован для рекультивации нарушенных земель в лесохозяйственных и рекреационных целях, при озеленении, в питомниках лесного и городского хозяйства при выращивании рассады, цветов, а также под зерновые и технические культуры [31]. Компостирование обеззараженных осадков городских очистных сооружений с использованием ЭМ-препарата способствует их биоремедиации, переходу из стерильного и неживого субстрата в ценную обогащенную полезной микрофлорой продукцию – компост.

Получены опытные партии компостов  «ЭОС», «Компост Ока-02С» и «Компост Ока-03С» на очистных сооружениях г. Серпухова и санитарно-эпидемиологические заключения на них. Применение данной технологии принесло первые положительные плоды. Так, в 2005 году с очистных сооружений города было вывезено 2700 м³ компоста для озеленения города.

Разработка технологии компостирования  обработанных реагентами осадков в  смеси с органическими наполнителями (ТБО, древесные опилки, щепа, листва соломы и др.) с целью получения ценного органического удобрения – компоста – ведется в ИФПБ РАН (Пущино).

Обработанные осадки могут быть подвергнуты вермикомпостированию. В этом случае может быть получено ценнейшее удобрение – биогумус (о чем пойдет речь ниже).

На основе проведенных исследований предложена общая схема технологии компостирования осадков сточных  вод городских очистных сооружений, обеззараженных и обезвреженных реагентами на аминокислотной основе. Она позволяет экологически безопасно и экономически эффективно решить проблему утилизации осадков очистных сооружений, вернув их в биогеохимический круговорот.

Технология включает в себя несколько  взаимосвязанных звеньев: производство реагентов → обеззараживание  и обезвреживание осадков реагентами и получение органоминеральной композиции → приготовление компоста на основе органоминеральной композиции → исследование токсикологических и агрохимических свойств компоста.

Рис. Принципиальная схема технологии «Переработка токсичных осадков  городских очистных сооружений в экологически безопасный компост».

2.8.2. Стандартный способ компостирования  ОСВ

Для переработки ОСВ пригоден процесс  компостирования, который является достаточно старой биотехнологией, не привлекавшей в последние десятилетия существенного внимания ввиду недостаточно разработанной научной базы.

Компостирование бытового мусора и осадков сточных вод  за рубежом рассматривается как важный элемент стратегии повторного использования отходов. При этом решаются две задачи: во-первых, избавляются от отходов, создающих угрозу загрязнения окружающей среды, во-вторых, расширяют производство органических удобрений, потребность в которых очень велика.

В естественных условиях процесс  биодеградации протекает медленно, на поверхности земли, при температуре окружающей среды и, преимущественно, в анаэробных условиях. Компостирование – это способ ускорения естественной деградации в контролируемых условиях. Компостирование – результат понимания действия этих природных биологических и химических систем. Компостирование – биохимический процесс, предназначенный для преобразования твердых органических отходов в стабильный, подобный гумусу продукт. Упрощенно компостированием называют биохимический распад органических составных частей твердых отходов в контролируемых условиях. Применение контроля отличает компостирование от естественно протекающих процессов гниения или разложения.

Наиболее широко указанный  способ переработки отходов применяется  в густонаселенных развитых странах, где остро стоят проблемы охраны окружающей среды и ощущается дефицит природных ресурсов. Так, в Нидерландах перерабатывается на компост 30-40% бытовых отходов, в Австрии и Бельгии – около 25%, во Франции –8%.

Исследования показали, что добавление осадка при компостировании  отходов создает условия для разложения целлюлозосоставляющих компонентов отходов, в частности позволяет компостировать мусор, содержащий большое количество бумаги. На некоторых компостирующих заводах США благодаря добавлению осадка сточных вод удается перерабатывать на компост отходы, содержащие до 90% бумаги. В ФРГ для этой цели используют полужидкий осадок влажностью 92-96% (доля его в составе компостируемой массы составляет 10-20%) и частично обезвоженный осадок влажностью 50-75% (доля его в массе – 14-34%).

Не потерял своего значения и традиционный способ полевого компостирования отходов в штабелях под открытым небом. Он прост в техническом отношении, не требует больших затрат, обеспечивает высокий обеззараживающий эффект. С помощью такого способа из бытового мусора и осадка сточных вод получают компост, обладающий высокой агрономической ценностью.

Различают 2 модификации  этого способа: с использованием так называемых динамичных (с ворошением отходов) и статичных (без ворошения)  штабелей; компостирование проводится в условиях принудительной аэрации. Благодаря аэрированию, улучшающему условия жизнедеятельности микроорганизмов, процесс перегнивания отходов значительно ускоряется. По методу полевого компостирования организована переработка бытового мусора, смешанного с осадком, на многих специализированных предприятиях. Отбросы укладывают штабелями в три ряда (ширина каждого ряда около 2 м) с расстоянием между ними 2,5 м. Затем добавляют фекалии, бульдозер с двух сторон выравнивает мусор и формирует штабель высотой около 1,5 м. В одном штабеле помещается около 700 м³ отбросов. Фекалии вносят в количестве 3 м³ на 5 м³ отбросов. При этом исходная влажность составляет 60-65%, что считается оптимальным для процесса ферментации и получения готового компоста с влажностью не менее 30%. Для интенсификации компостирования рекомендуется применять осадок сточных вод.

Крупнейший в Европе мусороперерабатывающий завод, компостирующий бытовые отходы и осадки сточных  вод, построен в г. Фленсбург (ФРГ). Его производительность – 400 тонн компоста в день. На заводе могут перерабатываться отходы города с населением 350 тыс. человек. Завод перерабатывает весь мусор и отстой сточных вод г. Фленсбург, который раньше сбрасывали в Балтийское море. Технологический процесс начинается с подачи мусора в загрузочную воронку мусородробилки молоткового типа, проходя через которую, масса дробится на куски размером около 200 мм в поперечнике, а затем поступает на магнитный сепаратор. Отделенный при этом металл прессуют в брикеты весом до 40 кг и реализуют как вторичный материал. Из магнитного сепаратора масса подается в загрузочные барабаны двух компостерных барабанов длиной 40 м, диаметром 3,75 м, емкостью 200 тонн. Туда же поступает остаток сточных вод. Компостирование длится 24 часа при непрерывном вращении барабанов со скоростью 1,25 об/мин. В результате саморазогрева мусора температура в барабанах повышается до 60С°, при этом погибают болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов и семена сорных трав. Биотермический процесс протекает в аэробных условиях при постоянной подаче свежего воздуха. Отсасываемый из барабанов воздух очищается в земляном фильтре. В конце барабана помещены два грохота с ячейками различных размеров для отделения некомпостируемых примесей, составляющих 20-30% от веса мусора. Затем компост измельчают и выгружают на специальную площадку для дозревания, где он минерализируется в течение 90 дней.

Индийский ученый Sultan Ahmed Ismail [32] разработал технологию компостирования ОСВ кожевенного производства, содержащих хром. Показана возможность компостирования хромсодержащих осадков, смешанных с другими органическими отходами, с целью получения органических удобрений.

В г. Дубна Московской области по разработкам научно-производственной фирмы «БИФАР» илы компостируют с опилками, после чего (по заключению НИИ КВОВ) получается вполне приличное удобрение [33, 34].

2.8.3. Компостирование с помощью  биопрепаратов

Природная микрофлора способна эффективно трансформировать компоненты, составляющие ОСВ [35]. Но процесс компостирования можно существенно ускорить, используя специальные микробные препараты. В настоящее время большое внимание уделяется ЭМ-технологиям. Применение различных ЭМ-препаратов и их рецептур открывает перспективы получения качественного органического удобрения на основе ОСВ.

Линия биопрепаратов серии ЭМ – это живое сообщество 86 тщательно подобранных полезных почвенных микроорганизмов, известных в мире как «ЕМ» (effective microorganisms). Эти препараты были созданы в конце 80-х годов японским ученым Teruo Higa и стали широко применяться с середины 90-х годов. Выпуск ЭМ-препаратов под торговыми марками «Байкал ЭМ1», «Тамир», «Тамир-Аква» уже налажен и в России [36].

В итальянских городах (Болонье, Ферраре, Мадене, Бари и др.) организованы центры, занимающиеся сбором отходов  и их компостированием. При помощи специального оборудования производится просеивание, перемешивание отходов и их укладка в штабеля. Процесс приготовления компостов продолжается 6-12 месяцев. К городскому мусору добавляют отходы мясной и рыбной промышленности, масличного производства, виноделия, осадок сточных вод, опилки, древесную кору. Благодаря этому содержание азота в компостах повышается до 4%, фосфора  до 3%, калия – до 2%. При компостировании отходов в штабелях добавляют бактерии в расчете 700 тыс. живых клеток на 1 г компостируемой массы, из них 10-20% приходится на актиномицеты и стрептомицеты.

В 2001 году ООО «Альфа-Флора» совместно  с ПО «ЭМ – Кооперация» и  Курьяновской станцией аэрации «Мосводоканала» начаты исследования по данной проблеме. Для эксперимента были взяты две партии механически обезвоженного осадка объемом по 5м³ каждая. Во время выгрузки с фильтр-прессов одна из партий обработана 50 л чистой воды (контроль), другая – 50-ью литрами микробиологического препарата «Байкал ЭМ-1» при разведении препарата раствора 1:10 (опыт). Начальная температура массы +17^оС.

Обе партии осадка были размещены  на открытой площадке и укрыты полиэтиленовой пленкой. В условиях жаркой погоды лета 2001 года разница более чем на 10^оС на глубине 50 см в варианте с препаратом (по сравнению с контролем) была отмечена уже на 4-е сутки. В дальнейшем о высокой интенсивности процесса свидетельствовало обильное выделение влаги, повышение температуры до 72^оС и выделение газов.

Повышение температуры в массе  осадка оказало существенное влияние на количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП), регламентируемой СанПиН 2.1.7.573-96. Так, в обработанном осадке уже через месяц после начала эксперимента количество БГКП снизилось более чем в 1000 раз, что позволяет снять ограничение на широкое использование ОГСВ в народном хозяйстве и, в первую очередь, в зеленом строительстве, декоративном садоводстве и при выращивании растений в питомниках. Очевидно, что применение препарата «Байкал ЭМ-1» можно отнести к эффективным, быстрым и дешевым способам компостирования.

Дальнейшие исследования, совершенствование  технологии применения «Байкал ЭМ-1»  позволят существенно снизить расход препарата, ускорить процесс и повысить качество компостирования осадков  городских сточных вод.

Для компостирования ОСВ используется также биопрепарат «Микрозим  Вэйст Трит», содержащий ассоциацию 6-12 штаммов аэробных факультативных почвенных микроорганизмов-сапрофитов. Под воздействием синтезируемых микроорганизмами ферментов органические компоненты осадков разлагаются на углекислый газ, воду, нитриты, сульфаты. Процесс компостирования ускоряется в 4-5 раз [37, 38].

Биопрепарат «Микрозим Септи Трит»  предназначен для утилизации и обезвреживания фекалий, очистки фекальных сточных вод в септике, очистных сооружениях, выгребных ямах. Результатом действия препарата является полное разжижение и разложение твердых фекальных отходов и тяжелых масс на воду, углекислоту и мельчайшие органические частицы, формирующие тонкий легкорастворимый осадок, сокращение массы твердых отходов на 80%, очистка хозфекальных сточных вод от фекальной органики, азота, фосфора, нитратов, фосфатов, естественное уменьшение и локализация запахов, предотвращение образования реактивных газов, ускоряет естественное отмирание вредных и патогенных микроорганизмов и домашних животных [39].

Твердофазная биоконверсия (ТФБ) относится  к современным перспективным, не требующим больших затрат подходам и позволяет более рационально использовать микробные культуры, обеспечивать необходимые условия как для их роста, так и биоконверсии компостируемого субстрата. Основные принципы компостирования и ТФБ аналогичны, и в последние несколько лет внимание исследователей сосредоточено на приложении подходов ТФБ к оптимизации процесса компостирования активного ила. Для осуществления твердофазной биоконверсии смеси органических отходов (активного ила и мелкодисперсных древесных отходов) латвийскими исследователями были использованы два штамма Trichoderma (Trichoderma lignorum и Trichoderma viride) и ассоциация бактерий, регулирующих процессы аммонификации и нитрификации [40]. Ассоциация бактерий была выделена из сточных вод рыбоперерабатывающих производств и включала в себя Pseudomonas sp., Nitrosomonas sp., Nitrobacter sp., Sarcina sp. Внесение штаммов обеспечивало эффективное и быстрое компостирование смеси древесных отходов и активного ила. Через полтора месяца соотношение C:N снижалось с 30: до 20-25:1. рН субстрата достигал 7,2-7,8. По качеству компост, полученный в результате ТФБ процесса, приближался к чернозему.