41. Переработка и утилизация твёрдых отходов.

4.1. Переработка твёрдых отходов на компост

Более совершенным приёмом обезвреживания и использования твёрдых отходов является их переработка на компост. Компостирование заключается в естественном биологическом разложении органического вещества в присутствии воздуха. Конечный продукт - гумусоподобное вещество, которое можно использовать как органическое удобрение. Поскольку бытовые отходы на 60-80 % состоят из органики (бумага, пищевые отбросы), их также можно компостировать. В настоящее время применяются два способа компостирования: полевой и переработка на специальных заводах.

При полевом компостировании мусор выдерживается во влажном, но хорошо аэрируемом состоянии, что ведёт к разложению органического мусора до гумусоподобной массы. Ряды мусора разрыхляются и переворачиваются специальной машиной для ускорения компостирования.

В заводских условиях происходит непрерывный процесс компостирования с аэробным окислением во вращающемся наклонном барабане. Из приёмного бункера мусор с помощью дозирующего устройства подаётся ровным слоем на транспортёр, откуда магнитом и вручную из него извлекается металлический лом. Далее масса поступает во вращающиеся барабаны, сделанные на основе обжиговых цементных печей, в которых и происходит процесс переработки мусора в компост. Барабан заполняется массой на 2/3 объёма, специальным вентилятором в него подаётся воздух. Отходы находятся в барабане трое суток, за это время он делает до 2000 оборотов. Процесс происходит с выделением тепла, из-за чего компостируемая масса обезвреживается. После дополнительной сепарации металла масса попадает на специальное устройство (грохот), где происходит отделение некомпостируемых отходов: резины, кожи, текстиля, цветных металлов, полимерных

материалов. В процессе окисления отходов в барабане происходит выделение газообразных продуктов распада и дурно пахнущих веществ, которые отводятся в топку котельной.

Компостируемый материал поступает в измельчитель, размер частиц доводится до 25 мм, стекла - до 3 мм. В таком виде компост можно использовать в сельском хозяйстве. В нём (в расчёте на сухое вещество) содержится около 1 % азота и по 0,3 % фосфора и калия, а также необходимые для подкормки растений микроэлементы.

Некомпостируемые отходы поступают в печь пиролиза, в которой без доступа воздуха происходит их термическое разложение. В результате получается смола, газ и твёрдый углеродистый остаток -пирокарбон. Газ и смола используются в качестве энергетического топлива, а пирокарбон - в металлургической промышленности.

4.4. Получение биогаза.

Биогаз представляет собой смесь из 65-75% метана и 20-35% углекисло­ты, а также незначительных количеств сероводорода, азота, водоро­да. Теплотворная способность биогаза зависит от соотношения ме­тана и углекислоты и составляет 5-7 ккал/м3; 1 м³ биогаза экви­валентен 4 кВт-ч электроэнергии, 0.6 л керосина, 1.5 кг угля и 3.5 кг дров. Неочищенный биогаз используют в быту для обогрева жилищ и приготовления пищи, а также применяют в качестве топ­лива в стационарных установках, вырабатывающих электроэнергию. Компримированный газ можно транспортировать и использовать (после предварительной очистки) в качестве горючего для двигате­лей внутреннего сгорания. Очищенный биогаз аналогичен природ­ному газу.

Сообщества бактерий

1. группа - микроорганизмы-деструк­торы, вызывающие гидролиз сложной органической массы с образо­ванием органических кислот (масляной, пропионовой, молочной), а также низших спиртов, аммиака, водорода;

2. ацетогены, превращаю­щие эти кислоты в уксусную кислоту, водород и окислы углерода

3. метаногены — микроорганизмы, восстанавли­вающие водородом кислоты, спирты и окислы углерода в метан:

В процессах метаногенеза можно переработать самое разнооб­разное сырьё — различную растительную биомассу, включая отхо­ды древесины и несъедобные части сельскохозяйственных растений, отходы перерабатывающей промышленности, специально выращенные культуры (водяной гиацинт, гигантские бурые водоросли), жид­кие отходы сельскохозяйственных ферм, промышленные и бытовые стоки, ил очистных сооружений, а также мусор городских свалок.

Метанотенк

Метанотенки, изготовленные из металла или железобетона, могут иметь разнообразную форму, включая куби­ческую и цилиндрическую. Конструкции и детали этих установок несколько варьируют, главным образом это связано с типом перера­батываемого сырья.

Метанотенк пред­ставляет собой герметичную ёмкость, частично погружённую в зем­лю для теплоизоляции и снабженную устройствами для дозирован­ной подачи и подогрева сырья, а также газгольдером — ёмкостью переменного объёма для сбора газа. Очень важным в конструкции метанотенков является обеспечение требуемого уровня перемеши­вания весьма гетерогенного содержимого аппарата.

В зависимости от типа исходного материала, сбраживаемого в метанотенке, интенсивность процесса, включая скорость подачи и полноту переработки, а также состав образуемого биогаза суще­ственно варьируют. Смесь материала обычно засевают ацетогенными и метанообразующими микроорганизмами из отстоя сброженной массы от предыдущего Цикла или из другого метанотенка.

Температура и, следовательно, скорость протекания процесса зависят от вида используемого мета­нового сообщества. Для термофильных организмов процесс реали­зуется при 50-60°С, для мезофильных — при ЗО-4О°С и около 20° — для психрофильных организмов. При повышенных температурах скорость процесса в 2—3 раза выше по сравнению с мезофильными условиями.

Стадии брожения

В ходе сбраживания органической массы на первой, так назы­ваемой «кислотной», фазе в результате образования органических кислот рН среды снижается. При резком сдвиге рН среды в кислую сторону возможно ингибирование метаногенов. Поэтому процесс ведут при рН 7.0-8.5. Против закисления используют известь. Жидкие навозные отходы, богатые азот­содержащими компонентами, разбавляют резаной соломой или раз­личным жомом.

Процессы, протекающие при метановом брожении, эндотермичны и требуют подвода энергии в виде тепла извне. Для подогрева загружаемого сырья и стабилизации температуры процесса на тре­буемом уровне обычно сжигают часть образуемого биогаза. В зави­симости от температуры процесса количество биогаза, идущего на обогрев процесса, может достигать 30% от объёма получаемого.

Нормы загрузки сырья в существующих процессах метаногенеза колеблются в пределах 7-20% объёма субстрата от объёма биоре­актора в сутки. При этом цикличность процесса составляет 5-14 сут.