Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет горного дела и инженерной экологии
Кафедра экологии
по дисциплине: «Комплексное управление отходами»
на тему: «Переработка отходов методом компостирования»
|
Исполнитель студент ФГДЭ 4 курса, гр. 302319 |
Хмелевская В.Н. |
|
Руководитель ст. преподаватель |
Благовещенская Т.С. |
Минск 2013
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет горного дела и инженерной экологии
Кафедра экологии
к курсовому проекту по дисциплине: «Комплексное управление отходами»
на тему: «Переработка отходов методом компостирования»
|
Исполнитель студент ФГДЭ 4 курса, гр. 302319 |
Хмелевская В.Н. |
|
Руководитель ст. преподаватель |
Благовещенская Т.С. |
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОПИСАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ, ПОДЛЕЖАЩИХ КОМПОСТИРОВАНИЮ 6
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ 9
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ И КЛАССА ОПАСНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ 12
4 ОПИСАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 13
5 РАСЧЕТ НОРМАТИВА ОБРАЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ 14
6 АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОМПОСТИРОВАНИЯ ОТХОДОВ 17
7 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБРАЩЕНИЮ С ОТХОДАМИ И СНИЖЕНИЮ КОЛИЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 29
В процессе лесозаготовки и деревопереработки неизбежно образуются древесные отходы различного вида и качества. Древесные отходы частично перерабатывают с производством древесноволокнистых, древесностружечных плит, пеллет. Также значительную долю древесных остатков используют для отопления производственных и жилых помещений. Около 80 % образующихся древесных отходов обычно используется в качестве вторичных ресурсов. Это очень высокий показатель, но остальная доля отходов лесозаготовки и лесопереработки так и остается непереработанной и загрязняет места вырубки и территорию лесообрабатывающих предприятий.
В курсовом проекте предлагается наиболее рациональный способ переработки неутилизированных древесных остатков – их компостирование. Компостирование древесных отходов является не только достаточно дешевым способом их переработки, но и перспективным с экологической точки зрения.
Целью данного курсового проекта является изучение переработки древесных отходов методом компостирования.
Для достижения поставленной цели в проекте необходимо решить следующие задачи:
Отходы, поддающиеся компостированию, варьируются от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких как навоз, отходы растениеводства, сырой активный ил и нечистоты.
Значительная часть отходов, пригодных для компостирования, образуются в городе. Они называются твердые бытовые отходы (ТБО).
Источники образования таких отходов следующие: жилые индивидуальные и многоэтажные дома; хозяйственные учреждения, магазины, культурные заведения, предприятия общественного питания, гостиницы, бензоколонки; коммунальные службы (уборка улиц, зеленое строительство, парки, пляжи, остаточные продукты от сжигания и переработки мусора, водоснабжения и водоотведения); учреждения (вузы, школы, дошкольные учреждения, больницы, тюрьмы) [1].
На станциях аэрации ежедневно образуются осадки сточных вод, состоящие из отработанного биологически активного ила, а также песка, частиц текстиля, бумаги и других материалов и предметов. Отработанный ил легко компостируется, но его нельзя использовать как удобрение в зеленом городском хозяйстве, так как он содержит недопустимое количество солей тяжелых металлов и других загрязняющих веществ.
Большое количество отходов, пригодных для компостирования, образуется и в сельском хозяйстве. Это отходы животноводства, растениеводства. Интенсивное производство зерна приводит к образованию огромных количеств соломы, требующей удаления. Точно так же при интенсивном разведении скота накапливается большое количество навоза, который может быть источником сильного загрязнения окружающей среды [2,3].
Для компостирования пригодны пищевые отходы, дерево, бумага [4].
Более подробно в курсовом проекте мы остановимся на древесных отходах.
Почти четверть заготовляемой древесной массы остается в лесах в виде сучьев, пней и вершин деревьев, щепы и хвои – отходов лесозаготовительной промышленности (около 40 млн. т) и оставляемой на лесосеках так называемой неликвидной древесины, в основном лиственных пород и сломанных тонкомерных деревьев (40-60 млн. м3).
Примерно такое же количество древесины превращается в отходы (опилки, стружки, обрезки, щепа, кора и т.п.) в процессах ее переработки – окорки и разделки в производстве пиломатериалов, фанеры, мебели, целлюлозы и других продуктов. Так, в производстве пиломатериалов отходы составляют более трети перерабатываемой древесины, при выработке шпал – около половины, в производстве фанеры – почти 2/3, в спичечном производстве – 65%, а в катушечном и карандашном производствах – 90-95%. Значительные массы древесных отходов составляют различные виды вышедших из употребления деревянной тары, строительной опалубки, лесов, крепи, железнодорожных шпал и ряда других древесных материалов.
Отходы, образующиеся в результате переработки сырья на предприятиях лесопиления и деревообработки, можно подразделить на следующие основные группы:
Все перечисленные выше отходы также можно классифицировать на деловые (крупнодревесные) отходы, которые по своим размерам еще пригодны для механической переработки в полезную продукцию с использованием основного деревообрабатывающего заводского оборудования, и неделовые (мелочь), которая для дальнейшего использования требует создания особых производств [5].
Состав древесных отходов приведен в таблице 1.1, а размер отходов в конечном использовании в таблице 1.2.
Таблица 1.1 – Состав древесных отходов
|
Сырье |
Объем, % |
|
Кора |
12,2 |
|
Опилки |
13 |
|
Горбыль, щепа |
16,2 |
|
Стружка |
6,2 |
|
Торцы |
3,1 |
|
Общее количество отходов |
50,7 |
|
Сырьевое бревно |
100 |
Таблица 1.2 – Размер отходов в конечном использовании, %
|
Отходы |
Продажа |
Топливо |
Свалка |
Сжигание в топке |
Склади-руемые |
Открытое сжатие |
Общее количество |
|
Кора |
22 |
27 |
0 |
51 |
0 |
0 |
100 |
|
Щепа, горбыль |
80 |
10 |
0 |
10 |
0 |
0 |
100 |
|
Опилки |
18 |
45 |
0 |
33 |
0 |
0 |
100 |
|
Стружки |
25 |
42 |
0 |
37 |
0 |
0 |
100 |
|
Обрез |
67 |
0 |
0 |
33 |
0 |
0 |
100 |
|
Общее кол-во отходов, включая щепу |
41 |
28 |
0 |
31 |
0 |
0 |
100 |
Биомасса отходов древесины имеет химический состав, представленный в основном органическими полимерами сахаров с 5-6 углеродными атомами (гемицеллюлоза и целлюлоза) и ароматическими полимерами (лигнин).
В основе образования высшими растениями таких сложных органических веществ из простых соединений (СО2, Н2О) лежит явление фотосинтеза, суммарное уравнение которого имеет вид:
СО2 + Н2О С (Н2О)+О2+502,416 кДж/моль.
хлорофилл
Сложные по своему механизму процессы фотосинтеза приводят к образованию в клетках растений различных органических соединений, в том числе растворимых в воде сахаров – пентозы С5Н10О5 и гексозы С6Н12О6, служащих для питания клеток. Необходимый для жизни растений запас сахаров образуется в результате полимеризации молекул пентоз и гексоз, сопровождаемой отщеплением молекул воды, и хранится в виде пентозанов (С5Н8О4)n и гексазанов (С6Н10О5)n, растворимость которых в воде прогрессивно уменьшается с увеличением молекул полимера. Сложная смесь высокомолекулярных гетерополисахаридов (молекулярная масса 1000-12000), включающая эти соединения и являющаяся одним из основных компонентов оболочек растительных клеток, называется гемицеллюлозами. Эти углеводы присутствуют в древесине в количестве 6-27%. Так, например, в древесине лиственных и хвойных пород их содержится соответственно 22-27 и 20-21%. Гемицеллюлозы растворяются в щелочах. Они легко гидролизуются разбавленными минеральными кислотами, переходя в раствор с образованием способных к спиртовому брожению гексоз и неспособных к таковому пентоз.
Другим важнейшим компонентом этих облочек является весьма близкий к гемицеллюлозам полисахарид – целлюлоза или клетчатка. Содержание ее в древесине – 40-50%. Макромолекулы целлюлозы состоят из элементарных звеньев Д-глюкозы, связанных в линейные неразветвленные цепи:
В воде, спирте, эфире, ацетоне и других обычных органических растворителях целлюлоза нерастворима. Она довольно устойчива в обычных условиях к действию слабых окислителей. При продолжительном воздействии разбавленных минеральных кислот целлюлоза переходит в гидроцеллюлозу, представляющую собой хрупкое вещество – смесь неизмененной клетчатки и продуктов ее деструкции и гидролиза.
Наконец, третьим основным компонентом клеточных оболочек сосудистых растений является лигнин, полимерные молекулы которого в процессе роста растений внедряются между молекулами целлюлозы, инкрустируя их, придавая оболочкам клеток значительную упругость и твердость и вызывая там самым «одревеснение» клеток. Лигнин представляет собой сложное, не имеющее стабильной молекулярной массы полимерное вещество ароматического характера, относительно теории образования, структуры и реакций которого в настоящее время нет единого мнения. Молекула лигнина состоит из продуктов полимеризации ароматических спиртов. Ее основным мономером является конефериловый спирт:
Содержание лигнина в древесине лиственных пород деревьев составляет 19-24%, хвойных – 26-28%. По сравнению с целлюлозой лигнин является веществом менее стойким и легко подвергается действию горячих щелочей, окислителей и других реагентов.
Помимо вышеперечисленных органических полимеров клетки древесных отходов содержат и другие органические соединения – дубильные и красящие вещества, смолы, камеди, эфирные масла, алкалоиды. Кроме того, в их состав входят минеральные соединения, дающие при сжигании отходов золу. Последняя включает растворимые в воде (поташ, сода) и нерастворимые в ней (известь, магнезия, соли железа, кремникислота) вещества.
Для значительного количества отходов производства и потребления класс и степень опасности отходов определены и установлены в Классификаторе отходов, образующихся в Республике Беларусь, утвержденного постановлением Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды 08.11.2007 г. № 85.
Согласно Классификатора отходов, образующихся в Республике Беларусь, стружка натуральной чистой древесины (код 1710400), стружка и опилки при производстве мебели (код 1710401), стружка и опилки при производстве лыж (код 1710402), опилки и стружка при производстве паркетных изделий (код 1710205) относятся к 4 классу опасности, степень опасности отходов – малоопасные [8].
В соответствие с постановлением Министерства здравоохранения РБ, Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды РБ, Министерства чрезвычайных ситуаций РБ от 17.01.2008 г. № 3/13/2 вышеперечисленные отходы по экотоксичности – малоопасные, по токсичности – малоопасные, по пожароопасности и взрывоопасности – горючие.
Основные массы перечисленных древесных отходов сжигают, транспортируют на свалку или оставляют в местах их образования. Использование этих отходов по сравнению с масштабами их образования является незначительным. Так, например, менее 1/3 массы опилок, возникающих при переработке древесины, используют в настоящее время на технологические цели. Скопление отходов на лесосеках и сельскохозяйственных угодьях вызывает ряд нежелательных последствий (болезни леса, опасность возникновения пожаров, снижение урожайности зерна и др.) помимо прямого экономического ущерба, вызываемого потерей части заготавливаемых материалов. Удаление отходов на свалки и их складирование отрицательно сказываются на экономических показателях соответствующих технологических процессов.
Мягкие отходы древесины – опилки, стружка, пыль шлифовальная – образуются при лесопилении и деревообработке. На предприятиях железнодорожного транспорта производится раскрой бревен на пилорамах для получения различных видов пиломатериалов, изготовление столярных изделий, деревянных деталей с использованием разнообразных деревообрабатывающих станков (круглопильных, ленточнопильных, рейсмусных, фуговочных, фрезерных, комбинированных и др.).
Годовое количество образования древесных отходов Мд, т/год, определяется по формуле
Мд=0,01
где B – объем используемого материала (сырья) для выработки i-го вида изделий, м3/год; – норматив образования древесных отходов (опилки, стружка, шлифовальная пыль) при выработке i-го вида изделий, %. Значения нормативов для различных видов технологических процессов приведены в таблицах 1.3 и 1.4; ρ – плотность древесины, т/м3. Значения плотностей различных древесных пород приведены в таблице 1.5; k – суммарное количество видов технологических процессов. Влажность исходных материалов для строганых изделий устанавливается равной 6-18 %, для нестроганых – не нормируется.
Для выработки пиломатериалов используются лесоматериалы (пиловочник) хвойных (ГОСТ 9463-72) и лиственных (ГОСТ 9462-71) (твердых и мягких) пород толщиной 140 мм и более.
Объем образования отходов при распиловке зависит от качественного и породного состава пиловочного сырья, характера обработки исходного сырья, состояния деревообрабатывающего оборудования и т.д. С учетом незначительности объемов переработки древесины на предприятиях железнодорожного транспорта применяются усредненные показатели удельных нормативов образования отходов. Нормативы выхода опилок при раскрое бревен на пилорамах в зависимости от диаметров используемого сырья приведены в таблице 1.3 [9,10].
Таблица 1.3 – Нормативы выхода опилок при раскрое бревен на пилораме
|
Диаметр бревен, мм |
Удельные нормативы выхода опилок |
|
|
100 % обрезных досок |
100 % необрезных досок |
|
|
140-180 |
18 |
14,4 |
|
200-240 |
15,6 |
10,0 |
|
260 и более |
11,9 |
7,3 |
Удельное образование отходов при изготовлении столярно- строительных и паркетных изделий, мебели и ящичной тары приведено в таблице 1.4 [9,10]. Основными материалами при этом служат пиломатериалы и заготовки хвойных и лиственных пород (ГОСТ 8486-66 и ГОСТ 269571 соответственно). Плотность древесных отходов определяется по таблице 1.5.
Таблица 1.4 – Удельные показатели образования отходов
|
Технологический процесс, в котором образуются отходы |
Вид отходов |
Значения удельных показателей |
|
Изготовление строительных деталей, столярных изделий и другой продукции домостроения |
Опилки Стружка |
5 % от объема исходных пиломатериалов 20 % от объема исходных пиломатериалов |
|
Изготовление фрезерованных деталей (наличники, плинтуса, поручни, обшивка и др.) |
Опилки Стружка |
11-17 % от объема исходных пиломатериалов 32 % от объема исходных пиломатериалов |
|
Изготовление ящичной тары |
Опилки |
16 % от объема исходных пиломатериалов |
|
Производство паркетных изделий |
Опилки Стружка Опилки и стружка в кон- церавнителе |
6,5 % от объема используемого сырья 14 % от объема используемого сырья 6,2 % от объема используемого сырья |
|
Изготовление мебели |
Опилки Стружка Пыль шлифовальная |
7,8-15 % от объема исходных пиломатериалов 8,5-18 % от объема исходных пиломатериалов 0,9 % от объема расходуемых пиломатериалов |
Таблица 1.5 – Средние значения масс 1 плотного куб. м древесины
|
Порода древесины |
Масса 1 куб. м древесины, кг |
|||
|
сухой |
транспортной влажности |
полусухой |
сырой |
|
|
Береза |
650 |
670 |
690 |
880 |
|
Бук |
650 |
670 |
690 |
880 |
|
Дуб |
720 |
750 |
780 |
990 |
|
Ель |
450 |
470 |
520 |
710 |
|
Кедр |
440 |
460 |
510 |
700 |
|
Лиственница |
670 |
690 |
770 |
1040 |
|
Липа |
500 |
520 |
580 |
750 |
|
Ольха |
520 |
540 |
610 |
780 |
|
Осина |
500 |
520 |
580 |
750 |
|
Пихта евр. |
450 |
470 |
520 |
710 |
|
Пихта сибирская |
370 |
380 |
430 |
590 |
|
Сосна |
510 |
530 |
590 |
810 |
|
Ясень евр. |
700 |
730 |
760 |
960 |
Компостирование представляет собой биохимический процесс переработки способной к биотрансформации органической компоненты ТБО в компост – продукт подобный гумусу. Компостирование проводят с использованием кислорода, то есть в аэробных условиях. В отличие от анаэробного аэробное компостирование протекает быстрее, при более высоких температурах и без запаха. Оно отличается от естественного гниения или разложения отходов. Компостирование осуществляют в основном с использованием мезофильных и термофильных бактерий.
Эффективность компостирования зависит от влажности отходов, температуры, величины рН среды, потребности кислорода, углерод-азотного баланса (отношения C/N) в отходах. Влажность отходов должна составлять 75-85%. Однако практически максимальное содержание влаги зависит от вида отходов. Например, для опилок и стружек – 75-90%, для бумаги – 55-65%, для кухонных отбросов – 50-55% и т.д. Температура процесса зависит от вида микробов, осуществляющих компостирование. Для мезофильных микробов она равна 15-35, а для термофильных – 45-65°С. Оптимальный диапазон рН для большинства бактерий находится в пределах 6-7,5.
Потребность в кислороде зависит от температуры процесса, влажности отходов, состава бактерий, природы отходов и степени аэрации их воздухом. По некоторым данным, самое низкое потребление кислорода составляет 1 мг О2/(г.ч) при температуре массы 30° С и ее влажности 45%, а самое высокое – 13,6 мг О2/(г.ч) – при температуре 45° С и влажности 56%.
Оптимальный предел отношения C/N в большинстве отходов в процессе компостирования падает от 25 до 1. Чем больше углерод-азотный баланс отклоняется от оптимального (особенно для верхнего предела), тем медленнее протекает процесс.
Компостирование проводят в длинных невысоких штабелях на открытом воздухе или в заводских условиях в закрытых аппаратах (биобарабанах). Основными стадиями компостирования на заводах являются сортировка отходов, дробление направляемой на компостирование их части, переработка последней в компост и хранение (вызревание) компоста перед отправкой потребителям.
Штабели для компостирования на открытом воздухе формируют из измельченных отходов. Они могут быть любой длины, но высота их не превышает 1,5-2 м. Аэрацию осуществляют периодическим перемешиванием материала. В результате организованного таким образом перегнивания обеспечивают равномерное аэробное разложение отходов и ускорение образования компоста. Перемешивание устраняет анаэробное разложение материала, особенно при его большой влажности. Избыточная влажность может являться следствием поступления дождевой воды. Частота перемешивания зависит от влажности отходов. Чем выше влажность, тем больше частота перемешивания. Чтобы компост не был влажным, предусматривают отвод избытка воды. В районах с частыми дождями над штабелями сооружают крыши или другие укрытия [11].
Для улучшения аэрации вместо, перемешивания иногда используют принудительную подачу воздуха снизу штабеля через слой отходов. При этом измельченные отходы укладывают на сетки или перфорированные полы.
Аэробное компостирование в биобарабанах характеризуется последовательно развивающимися во времени тремя фазами: фазой нарастания температуры, стационарной фазой высоких температур и фазой падения температуры.
Первая из них характеризуется усиленным размножением мезофильных микроорганизмов, оптимальная температура развития которых составляет 25-30° С. Источником энергии для бактерий служат легко разлагаемые органические соединения, содержащиеся в основном в пищевых отходах (сахар, органические кислоты, белки). В процессе их жизнедеятельности выделяется тепловая энергия, способствующая нагреву компостируемой массы до температур более 50° С.
Вторая фаза характеризуется развитием термофильных бактерий, в результате жизнедеятельности которых увеличивается выделение тепла, ускоряются процессы переработки ТБО в компост (повышение температуры на каждые 10° С интенсифицирует микробиологические процессы в 2-3 раза).
Третья фаза – медленное падение температуры – свидетельствует об исчерпании легкоразлагаемых органических соединений. На этой стадии термофильная микрофлора переходит в состояние спор, частично отмирая, а мезофильная – начинает вновь размножаться благодаря тому, что обладает более разнообразной и мощной ферментативной системой, при помощи которой разлагаются более стойкие органические соединения (клетчатка и лигнин). При обезвреживании бытовых отходов происходит не только распад органического вещества, но и его синтез – образование гуминовых соединений, улучшающих качество органического удобрения. Всего за цикл аэробного биотермического компостирования содержание органического вещества в компостируемом материале снижается (по сухой массе) на 16-26% [11].
Требующаяся для биотермического процесса микрофлора имеется в необходимых количествах в ТБО. Активизацию ее жизнедеятельности обеспечивают за счет перемешивания ТБО при вращении биобарабанов и аэрации компостируемой массы.
Биотермическое аэробное компостирование может сопровождаться очаговым анаэробным процессом. Анаэробные явления могут быть связаны с недостаточной аэрацией отдельных зон биобарабанов или длительным складированием ТБО до их подачи в биобарабаны. В процессе анаэробного разложения выделяется индол, скатол и сероводород.
Аэрация наряду с интенсивным перемешиванием и измельчением материала способствует ликвидации анаэробных зон. Аэрация способствует также снижению влажности компостируемого материала, что важно для последующих грохочения, сепарации и дробления компоста, которые наиболее эффективно осуществляются на материале с влажностью не более 50% [12].
Компост, получаемый на охарактеризованных заводах, используют в качестве биотоплива для теплиц или (после 2-3 месячной выдержки в штабелях) в виде органического удобрения. Он улучшает состав и структуру почвы и увеличивает количество в ней питательных веществ, так как представляет собой рыхлый продукт, в сухом веществе которого содержится (в %) азота – до 1, фосфора – 0,6, калия – 0,3, кальция – 2,5 и органического вещества – 60.
В результате многих исследований установлено, что компост безопасен для сельского хозяйства. Болезнетворные организмы, которые могут поступать с отходами, при образовании компоста под действием высоких температур и антибиотиков погибают. Однако смешанные городские отходы содержат большое количество микропримесей металлов, среди которых находятся сильно токсичные вещества, влияющие на здоровье людей. Недостатком компоста являются его сезонное использование и необходимость длительного хранения, что требует больших земельных участков. Из-за небольшого содержания питательных веществ транспортирование компоста на большие расстояния экономически нецелесообразно.
Анаэробное компостирование применяется для превращения различных видов биомассы (в том числе древесных отходов) в топливо.
Эффективность различных процессов превращения древесных отходов в топливо, представленная в таблице 1.6, показывает, что наибольший интерес для промышленности представляют процессы аэробного сбраживания и термохимического превращения.
Таблица 1.6 – Сравнительная эффективность различных процессов превращения древесных отходов в топливо
|
Процесс |
Первичный продукт |
Степень превращения на сырье, % масс |
|
Анаэробное усвоение |
Метан |
5-15 |
|
Брожение (целлюлоза) |
Этанол |
10-20 |
|
Термическое превращение |
Синтез-газ |
50-70 |
При переработке древесно-растительных отходов методом компостирования ежегодно можно получать полноценное органическое удобрение, использование которого в лесопарковом хозяйстве города значительно улучшает физико-химический состав почв.
Древесные отходы поступают в виде веток, сучьев, поленьев, бревен и пней. Для переработки в компост в качестве наполнителя наиболее пригодны древесные отходы, поступающие в виде ветвей и сучьев, так как они требуют меньше трудовых и энергетических затрат при подготовке и переработке.
Древесные отходы на 95 % состоят из клеточных оболочек, содержащих до 44...46 % целлюлозы, до 20...28 – лигнина и до 15... 17 % жиров, смол, воска, белков, протеинов. Влажность, как правило, составляет около 45 %. Содержание углерода в абсолютно сухом веществе древесных отходов 49,5, азота – 0,1... 1,2 %.
Известно много приемов, способствующих разложению древесно-растительных отходов с переработкой их в гумус, которые можно разбить на три группы: первая – физическое воздействие (измельчение, аэрация, увлажнение); вторая – химическое воздействие путем внесения органоминеральных добавок; третья – биологическое воздействие путем применения бактериальных добавок.
Исследования показали, что большая площадь общей поверхности измельченных древесно-растительных отходов создает благоприятные условия для ускорения биологических процессов, так как воздух быстрее проникает в отходы и заменяется свежим. Поэтому аэробные условия легче возникают в компактных штабелях с крупнозернистым материалом (25...50 мм), чем в штабелях со средней (8...25 мм) и мелкой (менее 8 мм) зернистостью. Следовательно, оптимальный размер частиц для измельченных отходов 25...50 мм.
К более быстрому нагреванию материала приводит его аэрирование. При этом зеленая масса освобождается от продуктов, тормозящих аэробные процессы. Масса микроорганизмов в данном случае увеличивается и вступает в контакт с вновь образующимися продуктами питания.
Схематически основные фазы микробиологического процесса разложения органического вещества отходов можно представить следующим образом. Сначала компостируемая масса имеет температуру окружающего воздуха. Затем, по мере размножения микроорганизмов, она постепенно повышается до 40° С за счет усиленного размножения мезофильных микроорганизмов. Дальнейшее повышение температуры в компостируемой массе приводит к гибели мезофилов и размножению более теплолюбивых микробов – термофилов. Это наиболее важная стадия в процессе компостирования, так как микроорганизмы проявляют здесь наибольшую активность и окислительные процессы интенсифицируются.
Затем температура постепенно снижается, доходит до мезофильной стадии и процесс затухает.
Высокие температуры, достигающие в процессе компостирования 60...70 ° С, губительно действуют на болезнетворные микроорганизмы и семена сорняков, содержащиеся в отходах.
Наиболее важные факторы, влияющие на процесс компостирования: влажность исходного материала, степень аэрации, физико-химический состав, реакция среды и др. При оптимальном соотношении этих факторов можно получить ценное органическое удобрение в течение 3...4 мес.
Содержание влаги – один из наиболее важных показателей оптимального компостирования. Для органических отходов содержание влаги составляет 25...80 % и зависит от состава исходного материала. При компостировании древесно-растительных отходов исходную влажность поддерживают в пределах 60...70 %.
Наличие достаточного количества кислорода – одно из главных условий жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Процесс аэрации в компостируемой массе может происходить за счет естественного воздухообмена и искусственной подачи воздуха. В зависимости от температуры для ускорения процесса компостирования используют принудительную подачу воздуха и дополнительное увлажнение. Принудительная подача воздуха позволяет отказаться от такой трудоемкой операции, как ворошение или перелопачивание компостируемой массы, необходимое при естественном воздухообмене.
Большое влияние на процесс компостирования оказывают углерод и азотистые вещества, содержание которых определяется соотношением С/N. В растительной части отходов такое соотношение, как правило, соблюдается. В древесных отходах содержание азота, фосфора и калия значительно меньше, чем углерода. В этом случае для соблюдения оптимального соотношения С/N применяют добавки в виде минеральных удобрений.
Микроорганизмы, присутствующие в древесных отходах, довольно чувствительны к реакции среды. Оптимальным для развития большинства микроорганизмов является поддержание рН в пределах 6...7,5.
Измельчение отходов перед компостированием способствует ускорению биохимических процессов, происходящих при их переработке, так как увеличивает площадь поверхности, материал становится более однородным для аэрации. Дробленые отходы нагреваются более равномерно, противостоят излишнему высушиванию и предохраняют массу от потери тепла. Оптимальный размер частиц для компостирования 35...50 мм.
Один из простых и доступных методов переработки древесно- растительных отходов – метод компостирования их в штабелях на открытой площадке (полевой метод). Полевое компостирование в штабелях проводят в естественных условиях на специально отведенных площадках, размеры и технологическое оборудование которых определяются составом и объемом отходов, подлежащих переработке. Структурная схема технологического процесса переработки древесно-растительных отходов компостированием в штабелях на открытой площадке показана на рисунке 1 [13].
Рисунок 1 – Структурная схема технологического процесса переработки древесно-растительных отходов компостированием в штабелях на открытой площадке
Технология переработки древесно-растительных отходов в штабелях на открытой площадке заключается в следующем. Собранные в городском хозяйстве и доставленные на площадку древесные отходы поступают в подготовительное отделение, где с помощью дробилки их измельчают. Затем измельченные древесные отходы для соблюдения оптимального соотношения С/N смешивают с необходимым количеством минеральных добавок и складируют. Растительные отходы, доставленные на площадку, поступают непосредственно в отделение смешивания, где транспортером их подают в один из бункеров смесителя. В другой бункер смесителя также транспортером подают доставленные со склада автопогрузчиком уже подготовленные древесные отходы. Смешивают отходы в определенной пропорции по массе: 1 часть растительных и не более 2,5 части древесных отходов лопастным смесителем. В процессе смешивания отходы превращаются в компостируемую массу, которую автопогрузчиком доставляют к месту формирования компостных штабелей, и укладывают на заранее подготовленное основание. При формировании компостный штабель укрывают слоем почвенного грунта для предотвращения потери тепла и влаги.
Для интенсификации биотермического процесса проводят аэрирование компостируемой массы, для чего в основании штабелей прокладывают трубы с перфорацией, по которым принудительно подают воздух. При компостировании на открытых площадках саморазогрев органических масс в холодное время года замедляется или полностью приостанавливается, поэтому оптимальную температуру в штабеле необходимо поддерживать искусственно. Подогрев воздуха, предназначенного для аэрации штабелей в холодное время года, подогревают в печи. В качестве топлива, загружаемого в печь, используют часть имеющихся древесных отходов.
В процессе компостирования штабеля периодически увлажняют, поливая водой, которую подают из искусственного водоема или водопровода.
При полевом компостировании все работы должны быть полностью механизированы. Для комплектации площадок рекомендуют только надежное, серийно выпускаемое оборудование. Каждую секцию оснащают полным комплектом оборудования.
При правильно организованном полевом компостировании получают в результате переработки отходов компост, обеспечивая защиту от загрязнений почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод. Размещение секционных площадок (рисунок 2) на водонепроницаемом основании (глинах или суглинках) и ежедневная засыпка поверхности свежесформированных штабелей инертным материалом обеспечивают достаточную защиту почвы, атмосферы и грунтовых вод от загрязнений.
При выборе участка обязательно учитывают близость потенциальных потребителей компоста. Площадки компостирования располагают вблизи города для сокращения дальности вывоза отходов, соблюдая санитарно-защитную зону (не менее 500 м). Следует также учитывать розу ветров в данном районе. Для снижения стоимости строительства выбирают горизонтальный, вытянутый в плане участок.
Рисунок 2 – Секционная площадка полевого компостирования (одна секция): 1 – основание площадки; 2 – ограждение; 3 – разгрузочные посты; 4 – штабеля компостируемого материала; 5 – «зрелый» компост; 6 – дробильно-сортировочное отделение; 7 – грейферный кран
Площадки полевого компостирования размещают на спланированном участке с водонепроницаемым основанием, покрытым бетонными плитами. Участок, состоящий из одной или нескольких секций, по периметру ограждают сетчатым забором (размер ячеек 40×40 мм) высотой до 3 м [13].
Неотъемлемая часть технологии – контроль физико-химических параметров (влажности, температуры, содержания кислорода) компостируемой массы. Контролируя эти параметры, определяют оптимальность проходящих биологических процессов, а также окончание созревания компоста.
На основе компоста приготавливают грунтовую смесь, которую и используют в зеленом хозяйстве города.
Компостирование древесно-растительных отходов решает сразу две проблемы: обезвреживание части городских бытовых отходов и получение полноценного органического удобрения для использования его в зеленом хозяйстве города. Производство, организованное по данной технологии, позволит при сравнительно минимальных капитальных вложениях на его организацию снизить нагрузку на полигоны захоронения ТБО, а также улучшить состояние дворовых территорий и города в целом.
В данном курсовом проекте была поставлена цель – изучить переработку отходов методом компостирования на примере древесных отходов, которая была успешно достигнута. Изучены источники образования древесных отходов, их состав, определены класс и степень опасности древесных отходов, описано воздействие на окружающую среду, рассчитан норматив образования древесных отходов. В курсовом проекте изучены методы компостирования отходов. В качестве основного технического мероприятия по обращению с древесными отходами предложен метод компостирования в штабелях на открытой площадке (полевой метод).
Полевое компостирование в штабелях проводят в естественных условиях на специально отведенных площадках, размеры и технологическое оборудование которых определяются составом и объемом отходов, подлежащих переработке. Компостирование древесных отходов полевым методом решает сразу две проблемы: обезвреживание части городских бытовых отходов и получение полноценного органического удобрения для использования его в зеленом хозяйстве города. Производство, организованное по данной технологии, позволит при сравнительно минимальных капитальных вложениях на его организацию снизить нагрузку на полигоны захоронения ТБО, а также улучшить состояние дворовых территорий и города в целом.