Материалы и методы переработки ТКО

 

Эксперименты проводились на базе предприятия «Опытный завод механизированной переработки бытовых отходов» (ОЗ МПВО) с использованием штатного оборудования. Для приготовления и внесения в ТКО растворов питательных веществ была разработана и изготовлена специальная установка. Измерения температуры ТКО в биобарабана проводили пирометром с учетом поправки (корректировалась раз в смену), температуру компоста в буртах на глубине 0,5 м — максимальным термометром, физико-химические параметры компоста — по стандартным методикам.

Если рассмотреть процесс механизированного компостирования с точки зрения кинетики роста микроорганизмов, то становится ясным, что при компостировании отходов — периодическом культивировании микроорганизмов, содержащихся в исходных ТКО — питательной средой выступает органическая часть отходов.

Обычно все 4 фазы протекают в одном реакторе. На заводе МПВО эти стадии разделены. Лаг-фаза и фаза экспоненциального роста, а также часть стационарной фазы протекает в биобарабане. По сути дела лаг-фаза и фаза экспоненциального роста — это выход процесса на температурный режим, а собственно санация ТКО протекает в начале стационарной фазы. Разумеется, это относится лишь к доминирующей на конечном этапе биотермической санации, целевой группе микроорганизмов - термофилам. Микроорганизмы мезофильной группы, которые доминируют на начальном этапе, обеспечивают разогрев массы ТКО до температур, когда в дело вступают термофилы, в дальнейшем и гибнут в биобарабане. Роль мезофиллов и скорость выхода процесса на температурный режим различны в зависимости от исходной температуры ТКО. В плане отметить, что мезофиллы не успевают перейти в стационарную фазу роста — при повышении температуры они сразу переходят в фазу лизиса. Численность микроорганизмов сильно зависит от условий в биореакторе, которые неодинаковы по его длине. В таблице 2 приведено количество микроорганизмов в различных участках биореактора.

Таблица 2

 

В условиях резкого снижения интенсивности перемешивания и аэрации микроорганизмы продолжают разрушать остаточные органические субстраты и поддерживать температуру компоста. Эта стадия называется «дозревание». По мере исчерпания запасов веществ микроорганизмы переходят в фазу лизиса, что сопровождается остыванием компоста. Процесс продолжается от 8 месяцев до 1,5 лет. В течение этого времени завершаются процессы разложения органических веществ, происходит падение температуры до 30⁰ С и ниже. Микробное число снижается с 9*10¹⁰ до 4*10⁷, рН стабилизируется на уровне 8,13-8,17. По завершении стадии дозревания количество микроорганизмов падает и стабилизируется к моменту остывания компоста на уровне 10⁷, в соответствии с таблице 3

 

Таблица 3 – Изменение микробиологических показателей компоста при дозревании в штабелях

 

Ввиду многообразия микроорганизмов на начальном этапе процесса и смене микробных сообществ по мере его протекания некорректно использовать содержание микроорганизмов того или иного вида (или ОМЧ) в качестве параметра, по которому можно судить о кинетике процесса. Более универсальным параметром, отражающим интенсивность протекания микробиологических процессов, является температура компостируемого субстрата. График ее изменения повторяет, разумеется, с некоторым временным сдвигом, кривую роста микроорганизмов. Поэтому в качестве основного контрольного параметра мы использовали температуру компоста.

Исследователи данной проблемы пришли к выводу, что соотношение углерод/азот/фосфор нужно довести до 20/5/1 на всю массу отходов и то, что делать это нужно с помощью других отходов, главным образом, навоза или илового осадка станций аэрации. Второй стереотип — для активации нужно вносить извне микроорганизмы деструкторы (классические дозировки — 106 к.о.е. на г (см3) или 5—15% от объема инокулируемой среды). Разработанная на основе стереотипного подхода технология ускорения компостирования ТКО [1, 2], несмотря на хорошие результаты, так и не была внедрена в производство по экономическим соображениям.

Но, главным препятствием для роста микроорганизмов, которые в изобилии содержатся в ТКО, является низкая растворимость питательных веществ субстрата. Этим и объясняется длительная лаг-фаза процесса и низкая физиологическая активность микрофлоры мусора, которая и является движущей силой процесса разогрева отходов. Предполагается следующее:

- необходимо вносить в качестве активаторов только самые доступные источники питания (сахара и белковые гидролизаты) в виде водных растворов, что позволит до минимума сократить лаг-фазу процесса;

- количество питательных веществ должно быть эквивалентно тому количеству, которое будет затрачено на приготовление инокулюма, исходя из классических дозировок — 1*106 к.о.е./см³.

Следуя логике, для экспериментов следовало бы взять стандартный состав среды для определения ОМЧ, но было создано два варианта среды:

первая — смесь сусла с пептоном и сахарозой (наиболее легкодоступные источники питания), второй вариант представлял собой стереотипную питательную среду (углерод/азот/фосфор = 20/5/1) на основе сахарозы и минеральных удобрений; в состав среды был также включен в качестве активатора лигногумат. Состав сред на одну загрузку биобарабана (300 тонн ТКО):

 

 

Однако физиологическая активность исходной микрофлоры низка, а ее количество мало, поэтому процесс переходит в экспоненциальную фазу лишь через 8 ч после разогрева до оптимальных температур. В случае активатора, созданного на основе сусла и пептона, процесс начинается сразу после искусственного разогрева.

Физико-химическими характеристики представлены в таблице 4.

При дозревании в штабелях показали, что добавки, как и предполагалось, влияют лишь на интенсивность протекания процессов. Особенности изменения температуры, рН и органического вещества одинаковы для обеих добавок и контроля, однако скорость протекания различна. Полученные результаты позволяют говорить о том, что внесение активаторов сокращает время созревания компоста в буртах в 2 раза, а сроки пребывания ТКС в биобарабане (за счет сокращения времени выхода на температурный режим) - на 20—38%.

Таблица 4

Заключение

 

1. При поиске способов оптимизации биотехнологических процессов следует избегать стереотипов и рассматривать протекание процесса с точки зрения фундаментальных основ биотехнологии.

2. Лимитирующей стадией процесса биотехнологической переработки твердых коммунальных отходов фаза адаптации к источникам питания. Эта стадия процесса является лимитирующей других процессов деструкции трудно растворимых веществ, а, следовательно, метод предложенный может быть использован и при активации других биотехнологических процессов.

3. Внедрение метода позволило без капиталовложений увеличить производительность предприятия на 20 %.

Перечень ссылок

 

1. Лекционный материал

2. Синтетические химико-фармацевтические препараты. / М.В. Рубцов, А.Г. Байчиков. - М.: Химия, 1971.-304с.

3. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Том II. Органические вещества. / Под ред. Н.В. Лазарева и Э.Н. Левиной. - Л.: Химия, 1976.-624с.

4. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Том II. Органические вещества. / Под ред. Н.В. Лазарева и Э.Н. Левиной. - Л.: Химия, 1976.-592с.

5. Методическое пособие для самостоятельной работы по «Безопасности жизнедеятельности» для студентов биотехнологического факультета. / Г.Л. Алексеева, Л.П. Лазурина. - Курск, КГМУ, 2004. – 89 с.

6. Пожарная безопасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности. Справочник. / Под редакцией И.П. Рябова. - М.: Химия, 1970.-336с.

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: