Астраханский государственный технический университет

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2008 год, Том 5, выпуск 1), под редакцией проф., д.м.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

 

 

В обстановке все возрастающего антропогенного воздействия на природную среду важнейшими задачами являются охрана  и рациональное использование природных ресурсов. Современные количественные и качественные изменения состояния окружающей среды и ее природных ресурсов, происходящие под влиянием хозяйственной деятельности, чаще всего проявляются в форме нарушения равновесия природных экосистем, их загрязнения, обеднения видового и популяционного разнообразия, снижение их способности к самовосстановлению. Сегодня природопользование построено в основном на базе экстенсивных технологических процессов без серьезного учета экологических факторов. Отсюда во многом нерациональное использование природных ресурсов и серьезное загрязнение окружающей среды. Поэтому необходим принципиально новый подход, основанный на цикличности использования материальных потоков. Эта цикличность подсказана самой природой, и она должна стать основой перспективного малоотходного и ресурсосберегающего производства.
А как быть с пищевыми отходами, отходами животноводства и растениеводства? Они, как правило, имеют высокую влажность, плохо горят, нередко плохо прессуются и быстро распадаются на простейшие соединения.
Но не всё так безнадежно, как может показаться на первый взгляд. Ряд ученых предлагает утилизировать подобные отходы путем их переработки в компост - органические удобрения, получаемые в результате разложения различных органических веществ под влиянием деятельности микроорганизмов. При компостировании в органической массе повышается содержание доступных растениям элементов питания (азота, фосфора, калия и других), обезвреживаются патогенная микрофлора и яйца гельминтов, уменьшается количество целлюлозы, гемицеллюлозы и пектиновых веществ, которые вызывают переход растворимых форм азота и фосфора почвы в менее усвояемые растениями органические формы, удобрение становится сыпучим, что облегчает внесение его в почву. Компостирование - это сложный процесс взаимодействия между органическими отходами, микроорганизмами, влагой и кислородом. Он происходит в несколько этапов: мезофильная фаза, термофильная, остывание и созревание. Гуминовые кислоты – это наиболее ценные вещества в компосте, которые образуются в последний период, после появления почвенных животных.
С середины ХХ века набирает популярность технология вермикультивирования, которая заключается в переработке отходов дождевыми червями (как правило, красным калифорнийским или его гибридами, адаптированными к местным условиям). Вермикультура позволяет получать гумус, гораздо более плодородный, чем обычный компост, однако, культивирование дождевых червей не простая технология, требующая (помимо прочего) контроля за качеством отходов. Между тем, пищевые отходы, собираемые в обычных городах, могут содержать какие угодно загрязнители (тяжелые металлы, красители, ПАУ). И эта (пусть маловероятная, но вполне реальная) опасность вынуждает вносить все удобрения, полученного в результате переработки, только в почвы, не имеющие сельскохозяйственного значения. Например, в городские газоны или парки.
Другим способом переработки влажной биомассы является ее сбраживание без доступа кислорода, которое приводит к выделению так называемого биогаза –  продукта обмена веществ метановых бактерий, который образуется в результате разложения органической массы. Теплота сгорания биогаза, содержащего 60 % метана, составляет примерно 5300 ккал/м3. Предел воспламеняемости (содержание в воздухе) 6–12%. Плотность при нормальных условиях 0,95 – 1,40 кг/м3. Хотя китайцы и стали использовать энергию биогаза ещё до нашей эры, первые же сведения европейцев о практическом использовании биогаза, полученного из сельскохозяйственных отходов, относятся к 1814 году, когда Дейви собрал биогаз при исследовании агрохимических свойств навоза крупного рогатого скота. В настоящее время известны биореакторы самых разных конструкций, где предусмотрены устройства для перемешивания массы и теплопереноса, подготовки и подогрева загружаемого субстрата, забора и аккумулирование биогаза и отвода осадков. Прямое влияние на скорость получения метана оказывает температура – хотя сама реакция возможна в диапазоне 0 – 70о С, оптимальным является диапазон 45-60о С. Работа метантенков (биореакторов) в холодном климате требует хорошей теплоизоляции. Стоит отметить, что после разложения отходов в метантенке остается довольно много осадка – до 1/3 от первоначального объёма, который является хорошим удобрением почвы.  Биогаз является высококачественным и полноценным носителем энергии и может многосторонне использоваться как топливо для производства электроэнергии, отопления жилых и производственных помещений. При этом следует помнить, что небольшое содержание сероводорода в биогазе может вызывать сернистую коррозию некоторых деталей, а горение более бедной (в сравнении с обычным природным газом) смеси регулируется в более узких пределах, либо требует специально разработанных горелок. В последние годы разрабатываются различные способы синтеза из биогаза жидких топлив.
Отдельным направлением утилизации пищевых отходов является их захоронение на специальных полигонах, оборудованных для получения свалочного газа (landfill gas) – по сути, того же биогаза. Полигоны для решения такой задачи должны иметь газонепроницаемый верхний слой, выполняемый обычно из полимерных пленок и/или глинистой почвы. Наилучший эффект достигается на полигонах, изначально спроектированных для получения свалочного газа.
Изучив технологии по получению из пищевых отходов выше описанных вторичных продуктов, мы хотим предложить использовать комплексные технологии, которые будут направлены на сокращение сроков и снижение энергоемкости переработки с одновременным повышением качества конечного продукта в условиях любого производства. Примером таких технологий может выступить линия биотермической переработки органических отходов, сущность которой состоит в:  поступлении в смеситель - измельчитель отходов и предварительно разрыхленных и измельченных в питателях-дозаторах торфа и соломы, интенсивное измельчение, перемешивание с добавками биопрепарата, поступающего из емкости, сопровождается аэрированием и частично прогреванием теплым воздухом из воздухонагревателя. Полученная однородная смесь отходов поступает из смесителя-измельчителя посредством системы транспортеров на загрузку в одну из емкостей для компостирования, куда нагнетается теплый воздух через расположенный внизу ее воздушный канал . При достижении температуры 60-70°С поступление теплого воздуха в емкость прекращается. Идет процесс компостирования биопрепаратом, длящийся в течение 5-7 сут. Готовый продукт выгружается шнеками, расположенными в кожухах. Описанный комплекс относится к переработке органических отходов в продукт, пригодный для удобрения почвы и для корма животных.