Приложение 4. Методические рекомендации по приготовлению и использованию биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ

Приложение 4
к постановлению Правительства Москвы
от 17 июня 2008 г. N 514-ПП

Методические рекомендации
по приготовлению и использованию биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ

1. Методические рекомендации по приготовлению и использованию биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ

1.1. Технология приготовления биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ методом твердофазной аэробной ферментации

Один из видов хозяйственно-бытовых отбросов жизнедеятельности крупных городов, образующийся вблизи деревообрабатывающих предприятий и овощехранилищ это древесные опилки и отходы овощей. Отходы овощехранилищ содержат большое количество органического вещества высокой влажности и поэтому быстро загнивают, выделяя неприятный запах, что является благоприятной средой для размножения мух, грызунов, а также содержат значительное количество болезнетворных микроорганизмов и яиц гельминтов. При несвоевременном удалении отходов овощехранилищ нарушается санитарное состояние населенных мест и пригородных зон, где расположена основная масса полигонов (свалок).

Вместе с тем органическое вещество, содержащееся в отходах, можно использовать в качестве удобрений в городском озеленении.

Для охраны водных ресурсов, защиты окружающей природной среды, а также для решения проблем санитарной очистки городов в мировой и отечественной практике ведется разработка и широкое внедрение различных технологий переработки органического сырья. Ведутся разработки новых альтернативных методов обезвреживания и утилизации отходов.

Задачей ближайших лет является замена прямого вывоза отходов овощехранилищ и деревообрабатывающих предприятий на ускоренное компостирование методом твердофазной аэробной ферментации. Эта технология должна активно внедряться в крупных городах, в которых полигоны для захоронения отходов потребления расположены на значительном расстоянии от города.

1.2. Утилизация древесных опилок и отходов овощехранилищ позволит решить ряд важнейших экологических проблем города Москвы:

- исключить образование несанкционированных свалок, загрязняющих городские почвы и грунтовые воды.

- наладить ежедневный бесперебойный вывоз органических отходов овощехранилищ за пределы города, или к местам производств по твердофазной аэробной ферментации;

- повысить экологическую безопасность и срок эксплуатации уже существующих полигонов, исключив на них размещение опасных в санитарном отношении органических отходов.

- снизить экологический ущерб от выбросов мусоровозного автотранспорта.

- возвратить в биологический круговорот, в частности в городские почвы органическое вещество и элементы питания растений, уменьшив при этом экологический ущерб.

- обеспечить рентабельность и экономическую эффективность процесса санитарной очистки.

2. Требования к условиям компостирования при приготовлении биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ

2.1. Ha скорость процесса компостирования, а также на качество получаемого компоста влияет ряд факторов, частью которых можно управлять, добиваясь получения конечного продукта заданного качества, что очень важно в промышленном производстве.

В результате наших исследований был определен оптимальный режим культивирования микроорганизмов, позволяющий получить конечный продукт с заранее известными характеристиками.

2.2. Влажность компонентов и исходной смеси

Отходы овощных культур характеризуются повышенным содержанием воды, поэтому при чрезмерном содержании влаги в исходной смеси поры аэрации внутри компостируемой смеси заполняются водой, затрудняется проникновение воздушной смеси, развиваются анаэробные процессы с участием гнилостных бактерий, происходит гниение компоста. В связи с этим для приготовления исходных смесей для компостирования необходимо использовать отходы овощехранилищ не затронутые процессами гниения, влажностью не более 70%.

Повышенная влажность отходов овощехранилищ является одним из главных лимитирующих факторов в процессе компостирования методом твердофазной аэробной ферментации.

Снижения влажности смеси в процессе ферментации можно добиться следующими приемами:

- увеличением естественного испарением влаги с поверхности субстрата;

- принудительной аэрацией компостируемой массы;

- изменением структурного состояния исходных компонентов как в процессе подготовки смеси, так и во время компостирования.

Для оптимального течения процессов компостирования древесных опилок с овощными отходам методом твердофазной аэробной ферментации влажность смеси необходимо поддерживать в пределах 60-65%.

При этом доля древесных опилок в исходных смесях должна составлять не менее 50%.

В процессе компостирования субстратов с отходами овощехранилищ можно поддерживать оптимальную влажность смеси путем ее интенсивного перемешивания, так как продув при высокой температуре вызывает ее сильное высыхание.

При получении готового биокомпоста рекомендуется провести его подсушивание до влажности 30-35%. Более влажные биокомпосты в течение короткого промежутка времени покрывались грибной плесенью и теряли свои качественные показатели.

2.3. Аэрация

В процессе твердофазной аэробной ферментации аэрация компостируемого субстрата осуществляется принудительно путем подачи воздушной смеси и интенсивного перемешивания.

Минимальное свободное газовое пространство для смесей с древесными опилками и отходами овощехранилищ должно составлять 20-25%. Равномерность проникновения кислорода в компостируемую смесь достигается перемешиванием всего объема перерабатываемого субстрата.

Перемешивание субстрата на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ также для распространения по всему объему перерабатываемой массы термофильных бактерий и новообразовавшегося органического вещества. Поскольку образование гумуса является автокаталитическим процессом, то перемешивание способствует увеличению содержания этого самого ценного компонента органического удобрения.

Концентрация кислорода в компостируемой смеси должна находиться на уровне 10-15%, а плотность смеси не более 0,8 . Скорость проникновения воздуха в смесь 0,4 мм/с. Исследования показали, что в течение суток происходит семикратный воздухообмен.

Потребность в кислороде при компостировании древесных опилок и отходов овощехранилищ велика в течение всего процесса биоферментации.

2.4. Температура субстрата и подаваемого воздуха

В процессе биотермической переработки температура в компостируемой смеси поднимается до 50-55°С.

В смесях состава 50% древесные опилки:50% отходы овощехранилищ и 62,5% отходов овощехранилищ:37,5% древесных опилок происходит значительное повышение температуры (на вторые сутки до 18°С, а на восьмые и девятые - до 50-55°С).

Смеси с преобладанием отходов овощехранилищ (75% отходов овощехранилищ:25% древесных опилок и 87,5% отходов овощехранилищ:12,5% древесных опилок), разогреваются значительно медленнее и до температуры не выше 45°С на 9-10 сутки.

Подача теплого воздуха нагретого до 50-60°С воздуха в биоферментер приводит к ускорению разогрева перерабатываемого субстрата до 55-60°С, это не только увеличивает скорость компостирования, но и обеспечивает дополнительную дезинфекцию биокомпоста, что особенно важно при использовании отходов овощехранилищ затронутых процессами гниения.

Для инициации разогрева смеси в первые сутки рекомендуется подавать в субстрат воздушную смесь, нагретую до 50°С, после повышения температуры субстрата до 40°С, необходимо чередовать подачу нагретого воздуха с интервалом порядка 6 часов для более полного использования ферментативного аппарата термофильной микрофлоры.

Опытным путем определено, что оптимальными температурами, необходимыми для осуществления полного цикла микробиологического разложения исходной смеси на основе отходов овощехранилищ и древесных опилок являются температуры от 50 до 55°С. При снижении температуры в биоферментере ниже 50°С (в смесях с повышенным содержанием отходов овощехранилищ) резко увеличивается время пребывания исходного сырья в биоферментере, в результате чего ухудшается качество готового продукта и теряются питательные вещества. Дегельминтизация смесей в биоферментерах наиболее активно протекает при температуре выше 50°С (термофильный режим), а мобилизация и сохранение подвижных форм питательных веществ - при 30-35°С (мезофильный режим).

2.5. Отношение углерода к азоту

Широкое соотношение углерода к азоту в компостной смеси 50% древесных опилок:50% отходов овощехранилищ (C:N = 46,3) не приводит к увеличению времени компостирования из-за недостатка углеродсодержашеи пиши для микроорганизмов, вследствие более низкой влажности смеси и активного перемешивания. Смеси состава 37,5% древесных опилок: 62,5% отходов овощехранилищ; 25% древесных опилок:75% отходов овощехранилищ; 12,5% древесных опилок:87,5% отходов овощехранилищ обладают более благоприятным соотношением C:N, что, вместе с тем, не отразилось на повышении активности термофильной микрофлоры из-за повышенной влажности исходного субстрата.

При производстве биокомпостов с влагопоглощающими материалами, содержащими большое количество углерода, таких как древесные опилки, листья, кора, лигнин можно компенсировать недостаток азота внесением 1,5- 2,0% азотных удобрений, что приводит к ускорению процесса компостирования.

2.6. Физические и химические свойства исходной смеси

Для ускорения биохимических процессов, происходящих при компостировании необходимо использовать предварительно измельченные древесные опилки и отходы овощехранилищ для улучшения перемешивания, аэрации, получения гомогенной исходной смеси.

Дробленый материал равномернее нагревается, противостоит излишнему высушиванию (вследствие нарушения капиллярной системы) и предохраняют массу от потери тепла. Особое значение измельчение приобретает, если в качестве компонента биокомпостов используются отходы овощехранилищ, изначально имеющие достаточно неоднородную структуру..

Для механизированных установок по биоферментации с перемешиванием и принудительной аэрацией наилучшими размерами частиц являются 5-8 мм.

На качество и интенсивность протекания биотермического процесса существенно влияет однородность смешивания компонентов исходной смеси. При наличии в исходной смеси "очагов" из отходов овощехранилищ и влагопоглощающего материала (древесные опилки) микробиологические процессы протекают только по зоне контакта компонентов, а основная масса компостной смеси находится в анаэробном состоянии, что способствует ее загниванию и разрушению. Поэтому рекомендуется равномерное смешивание отходов овощехранилищ с древесными опилками перед помещением субстрата в биоферментер.

В начале процесса компостирования основное участие принимают бактерии. Поэтому важно, чтобы исходная смесь для компостирования имела кислую реакцию среды, благоприятную для развития микроорганизмов. Несмотря на то, что исходные смеси для компостирования на основе осадков сточных вод имели слабокислую реакцию среды, процесс компостирования развивается довольно интенсивно. Это связано со значительным образованием аммиака в начале процесса компостирования и усреднения слабо кислой реакции среды компостируемой смеси.

2.7. Минеральные добавки

Для получения качественного по агрохимическим свойствам, сбалансированного по элементам питания удобрения (биокомпоста) на основе осадка сточных вод, интенсификации микробиологических процессов и уменьшения потерь азота в исходные смеси для компостирования рекомендуется вносить минеральные добавки. К ним, прежде всего, относятся фосфоритная мука, порошковый суперфосфат, фосфогипс. Они активизируют процессы биотермии и гумификации смеси и не только связывают аммиачный азот, но и создают условия для поглощения его микрофлорой. Кроме того, повышается доступность фосфора для растений в этих удобрениях.

К измельченным органическим отходам рекомендуется добавлять 5-10% навоза или 1,5-2% азота с 0,5-1,0% фосфора в расчете на сухую массу для ускорения процесса компостирования и улучшения питательных свойств готового биокомпоста.

Микробный потенциал компостных смесей с использованием отходов овощехранилищ следует признать достаточно низким из-за наличия в них большого количества гнилостных бактерий, и малого количества благоприятной микрофлоры. Для соотношения в микробном пуле исходной смеси в сторону увеличения количества аэробных термофильных бактерий мы рекомендуем вносить небольшое количество подстилочного навоза в исходный субстрат (5-10% от массы). Содержащиеся в навозе микроорганизмы способствуют правильному течению процесса компостирования и замедляют процессы гниения. При содержании отходов овощехранилищ 50-60% навозные добавки в исходный субстрат не требуются, их можно заменить внесением минеральных азотных удобрений.

2.8. Время компостирования

Наиболее эффективно основная фаза микробиологического процесса (термическая фаза) осуществляется за 7-10 суток. Если сократить время пребывания органического сырья в биоферментере, то не произойдет полного цикла микробиологического разложения органического вещества, что приведет к получению некачественного биокомпоста зараженного патогенной микрофлорой. Такой биокомпост нельзя применять в качестве удобрения, он не пригоден для длительного хранения и транспортировки.

Увеличение времени процесса компостирования свыше оптимальных сроков также не приносит положительных результатов, так как в биоферментере находится уже готовый биокомпост, и дальнейшее его пребывание в зоне высоких температур значительно ухудшает его удобрительные свойства за счет потерь питательных веществ (в частности азота).

Процесс компостирования считается законченным, когда процесс разогревания прекращается, стабилизируется температура, снижается выделение углекислого газа и содержание клетчатки, а соотношение C:N становится 25 и ниже. При этом основным критерием спелости компоста является полное отсутствие резких запахов исходных компонентов.

Полностью готовый биокомпост на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ получается на 12-13 сутки.

Технологическая схема производства биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ должна включать в себя следующие этапы:

- измельчение древесных опилок и отходов овощехранилищ до частиц размером 5-8 мм;

- внесение минеральных добавок или навоза, для стимулирования процесса компостирования;

- смешивание компонентов;

- подача полученной смеси в ферментер;

- подача нагретого воздуха с постоянным перемешиванием;

- после разогрева смеси до 40°С, переменная подача разогретого воздуха;

- созревание компоста, сопровождающееся снижением температуры смеси;

- выгрузка и контрольная сепарация биокомпоста.

Биокомпосты на основе отходов овощехранилищ и древесных опилок представляли собой однородную относительно сухую (влажность 50%), сыпучую массу темно-бурого цвета.

Исходные компоненты перед загрузкой в микроферментер подвергались измельчению перемешиванию, однако смесях с содержанием древесных опилок от 50 до 37,5% имели место посторонние включения, представляющие собой кусочки неразложившихся древесных опилок. Посторонние включения отмечались в биокомпостах, исходные смеси которых имели более широкое соотношение углерода к азоту, то есть смеси со значительной долей (50%) древесных опилок. Смеси с более узким соотношением С:N (с преобладанием отходов овощехранилищ, полностью перерабатывались микроорганизмами и имели рыхлую консистенцию, оптимальную влажность и не имели посторонних включений. Отсутствие неприятного запаха готовых биокомпостов в первом и втором вариантах опыта доказывает способность твердофазной аэробной ферментации добиться обеззараживания и дезодорирования исходных компонентов, что в условиях крупных мегаполисов представляет огромную важность.

При содержании в исходных смесях более 50% древесных опилок требуется контрольная сепарация готового биокомпоста для удаления крупных, неразложившихся частиц органического вещества. Просеянные фрагменты рекомендуется возвращать в рецикл.

Наиболее сбалансированные по составу и питательным свойствам биокомпосты были получены из исходных смесей следующего состава 50% древесных опилок:50% отходов овощехранилищ и 37,5% древесных опилок:62,5% отходов овощехранилищ.

3. Технология использования биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ

Биокомпосты, полученные с использованием древесных опилок и отходов овощехранилищ рекомендуется использовать в зеленом строительстве г. Москвы. Биокомпосты можно использовать для приготовления почвосмесей с песком, природной почвой участка, при проведении работ по рекультивации нарушенных земель, замене старых газонных покрытий, замене истощенного плодородного слоя городских почв, в качестве мульчирующего материала, вместо торфа.

Биокомпосты надлежащего качества (соблюдение нормативов по содержанию тяжелых металлов, санитарная безопасность) в зеленом строительстве, в питомниках, декоративном цветоводстве, а также при рекультивации нарушенных земель (карьеров, бывших свалок и т.д.) в дозах 3-6 т/га, при расчете на 30-см слой почвы. Хорошие физико-механические и физико-химические характеристики биокомпоста, позволяют использовать его в качестве мелиоранта городских почв с повышенной плотностью, кислотностью и засоленностью.

Использование биокомпостов на основе древесных опилок и отходов овощехранилищ должно осуществляется на принципах отсутствия отрицательных экологических и социальных последствий, вреда здоровью человека и домашних животных.