МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по приготовлению и использованию биокомпостов на основе
осадков сточных вод, листового опада и древесных опилок
1. Технология приготовления биокомпостов на основе осадков сточных вод, листового опада и древесных опилок
На протяжении многих десятилетий во всем мире осадки сточных вод используются как органическое удобрение в сельском хозяйстве. Многочисленные отечественные и зарубежные научные исследования в этой области показали, что удобрительная ценность осадков определяется наличием в них азота, фосфора, калия, а также присутствием микроэлементов - бора, молибдена, марганца, меди и др. Общее количество питательных веществ в ежегодно образующемся осадке Московских станций аэрации могло бы обеспечить элементами питания более 70 тыс.гектаров сельскохозяйственных угодий.
Несмотря на высокую удобрительную ценность осадков сточных вод, их применение в агропромышленном комплексе России и в зеленом строительстве, в то время как в развитых странах Западной Европы и Америки в качестве удобрения используется около 40% всего объема образующихся осадков.
Увеличить долю использования осадков сточных вод можно за счет использования осадка в качестве основы для создания высокопитательных биокомпостов. Дополнительно город Москва может решить проблему утилизации большого количества листового опада, древесных опилок (стружки) и других органических отходов городского хозяйства.
Ввиду сложившегося дефицита минеральных удобрений и резкого удорожания их производства, истощения городских почв из-за значительной техногенной нагрузки на них, приготовление биокомпостов методом твердофазной аэробной ферментации в настоящее время представляется не только научно и экспериментально обоснованным, но и экономически выгодным направлением развития городского хозяйства.
Утилизация осадка московских станций аэрации в виде биокомпостов в зеленом строительстве и благоустройстве является одним из наиболее рациональных и экономичных методов его использования. В Москве и Подмосковье ситуация на рынке органических удобрений и почвогрунтов для такой динамично развивающейся отрасли, как городское озеленение, является весьма сложной из-за их острого дефицита.
Основным препятствием для применения осадков сточных вод Московских станций аэрации всегда являлось высокое содержание в них тяжелых металлов, однако в последнее время их содержание уменьшилось в 5-10 раз из-за снижения количества и загрязненности промышленных стоков, принимаемых в канализационную сеть. В процессе компостирования за счет смешивания осадков сточных вод с влагопоглощающими компонентами (листва, опилки и пр.) происходит еще более значительное снижение содержания тяжелых металлов в конечном продукте - биокомпосте.
Широкое использование сброженного осадка в частом виде как удобрительный материал для городского озеленения сдерживается его объективными недостатками:
- наличием специфического запаха;
- высокой вязкостью;
- непривлекательным товарным видом;
- бактериальной обсемененностью.
Наиболее рациональным способом решения данной проблемы является компостирование сброженного осадка методом твердофазной аэробной ферментации в специальных установках - биоферментерах, в результате комплекса биохимических процессов минерализации и частичной гумификации органических соединений в аэробных условиях, обусловленных деятельностью смешанных популяций микроорганизмов.
Компостирование сброженных осадков сточных вод методом твердофазной аэробной ферментации позволяет получить из них удобрение высокого качества. В процессе биоферментации происходит бактериальное обеззараживание осадка, понижение его влажности. Готовые биокомпосты имеют привлекательный товарный вид, обладают благоприятными физико-химическими и механическими свойствами, которые улучшают структуру, водно-воздушный режим и в целом плодородие почв.
Компостирование сырых осадков является хорошо изученным процессом, как в России, так и за рубежом. Оно требует значительных энергозатрат на продувку массы воздухом. Компостирование сброженных осадков в нашей стране до настоящего времени не имело распространения, прежде всего из-за малого количества метантенков и установок по механическому обеззараживанию. Компостирование сброженного осадка происходит быстрее и с меньшими затратами. Таким образом, сочетание процессов сбраживания с последующим компостированием методом твердофазной аэробной ферментации представляется экономически наиболее перспективным направлением подготовки осадка сточных вод к его утилизации в городском зеленом строительстве.
2. Требования к условиям компостирования при приготовлении компостов на основе осадков сточных вод, листового опада и древесных опилок
2.1. Влажность компонентов и исходной смеси
Наиболее активная микробиологическая деятельность наблюдается при влажности исходной смеси на основе осадков сточных вод, равной 60-65%. Для получения смесей такой влажности необходим большой расход влагопоглощающих материалов. Меняя долю и вид наполнителя в компостируемой массе, можно не только регулировать воздушный и водный режимы субстрата, но и уменьшать влажность осадков сточных вод путем увеличения пористости.
При содержании влагопоглощающих компонентов (опилки, листья) более 50% приводит к пересыханию биокомпоста и обеднению его легкоразлагаемыми органическими веществами.
Для исходных смесей, в составе которых преобладает осадок сточных вод (они более влажные и плотные), рекомендуется установить режим более интенсивного перемешивания ротора биоферментера.
Влажность смеси также можно регулировать добавлением в биоферментер микробиологических добавок (затравки) в виде сгущенного активного ила или небольших порций готового биокомпоста. Они ускоряют процесс ферментации и способствуют ускорению разогрева и стабилизируют влажность субстрата. Использование той или иной микробиологической добавки зависит от удобства (технологичности) смешения и требуемой влажности субстрата. Если влажность исходной смеси избыточна (свыше 65%), то предпочтительнее добавлять более сухой готовый биокомпост. Если начальная влажность невысокая (50-55%), то в исходную смесь необходимо вводить сгущенный активный ил. Количество вносимого активного ила должно определяться заданной оптимальной влажностью, а доля вносимого в качестве затравки готового биокомпоста не должна превышать 10-15% по массе, а при качественном перемешивании достаточно и менее 10%.
2.2. Аэрация
При компостировании осадка сточных вод методом твердофазной аэробной ферментации главным фактором, лимитирующим разогрев субстрата, на наш взгляд, является недостаточная аэрация в противовес имеющемуся в литературе мнению о недостатке легкоразлагаемых веществ в термофильно сброженном осадке и его неспособности набрать высокую температуру в процессе компостирования.
Минимальное свободное газовое пространство исходной смеси должно составлять не менее 30%. В процессе ферментации необходимо добиваться равномерного проникновения кислорода в компостируемую смесь. Биоферментер должен быть оборудован регулируемой принудительной вентиляцией и механизмом перемешивания субстрата. Неперерывное перемешивание способствует образованию и схлопыванию микро- и макропустот, в которых за счет ваккум-эффекта происходит засасывание нагретого кислородсодержащего газа с температурой около 60°С. Это обеспечивает не только хорошую аэрацию, но и быстрый разогрев всей массы перерабатываемого сырья.
Скорость проникновения воздушной смеси в компостируемую массу должна быть на уровне 0,3 мм/сек (около 1 м/час).
Концентрация кислорода в компостируемой смеси не должна опускаться ниже 8-10%.
Потребность в кислороде неодинакова в течение всего процесса ферментации: она низка в мезофильной стадии и возрастает до максимума в термофильной стадии. В процессе остывания и созревания компоста аэрация не требуется.