Использование георесурсов карьеров для промышленного компостирования органических отходов

2. Казикаев Д.М., Борисов О.П., Сергеев С.В. Методические рекомендации по проведению натурных наблюдений в стволах, сооружаемых в сложных горно-геологических условиях. /ВИОГЕМ, Белгород, 1985. 35 с.

3. Булычев Н.С., Казикаев Д.М., Серегеев С.В. Использование методов расчета многослойной крепи при интерпретации результатов натурных наблюдений // Вопросы горного давления: Сб. тр. / ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1984. С. 10-13.

S.V. Sergeev, E.D. Vorobyev

INFLUENCE OF TEMPERATURE OF FREEZING OF CLAY BREEDS ON INTENSITY OF LOADING FIX TRUNKS

Results of natural supervision in the trunks of Jakovlevsky mine built in the way of freezing are resulted. Trunks were constructed at different temperature modes. In article the analysis of influence of temperature offreezing on intensity of loading is carried out fix.

Key words: freezing, rocks, lining, shaft, loads.

Получено 20.04. 11

УДК 622.012.3:628.473

А.А.Сидорков, асп.,

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОРЕСУРСОВ КАРЬЕРОВ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО КОМПОСТИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

Рассмотрены стадии и фазы компостирования органических отходов. Приведены варианты выбора площадок под компостирование. Предлагается использовать отвалы карьеров для компостирования органических отходов.

Ключевые слова: отвалы карьеров, компостирование, фаза, схема переработки, промышленное компостирование, площадки.

Горные выработки и отвалы вскрышных пород являются полноценным георесурсом, который, как и полезное ископаемое, нужно использовать во благо человека. Использование остаточных горных выработок и породных отвалов под утилизацию или захоронение промышленных отходов (и бытовых тоже) по-прежнему остается актуальной задачей. От своевременного эффективного решения данной задачи зависит благополучие нашей планеты Земля. Приоритет, конечно, следует отдавать направлению утилизации отходов.

Утилизацию промышленных отходов, возможно осуществлять только в специализированных установках, выполненных из металла и других материалов. При этом окружающая среда получает другие негативные воздействия, например, выбросы при сжигании отходов или их химиче-

ской обработке. Этот побочный продукт (выбросы) нужно уловить, а затем подвергнуть захоронению. Конечно, многое зависит от вида промышленных отходов и класса их опасности.

Отходы бывают органические, неорганические и смешанные. На данном уровне получили развитие технологии по утилизации органических отходов IV и V классов опасности. К таким органическим отходам относятся:

- свежие жидкие навозы; перепревшие навозы; навозные стоки крупного рогатого скота; свиной, лошадиный и др. Навозные стоки; помет куриный, утиный, гусиный жидкий свежий, перепревший и стоки;

- углеводосодержащие отходы растениеводства: ботва от корнеплодов и другие растительные остатки при выращивании овощей, загрязненные землей; отходы от переработки овощей и фруктов; очистки овощного сырья; выжимки овощные и фруктовые; мезга картофельная; лузга подсолнечная, отходы пищевых предприятий и столовых;

- целлюлозосодержащие: зерновые отходы (лузга зерновая, отходы дробленки и сечки, отходы отрубей и высевок, лузга, отходы мякины); древесные отходы (опилки и стружки чистой древесины или загрязненные землей, пыль древесная, опавшие листья, отходы лесозаготовок и вырубок, отход (скоп) картонно-бумажных производств, текстильные отходы;

- отходы от водоподготовки: отходы (осадки) при механической и биологической очистке; отходы (осадки) от реагентной очистки сточных вод;

- шламы (формовочная земля от литейного производства) [1].

Одним из распространенных способов переработки органических

отходов является компостирование. Компостирование - это способ ускорения естественной биодеградации в закрытых контролируемых условиях. К отходам, поддающимся компостированию, относятся, например, городской мусор, представляющий собой смесь органических и неорганических компонентов, до гомогенных субстратов, отходы животноводства и растениеводства, сырой активный ил и нечистоты. При расположении отходов на поверхности земли в естественных условиях процесс биодеградации протекает медленно в анаэробных условиях. Процесс компостирования представляет собой сложное взаимодействие между органическими отходами, микроорганизмами, влагой и кислородом. В отходах обычно существует своя эндогенная смешанная микрофлора. Микробная активность возрастает, когда содержание влаги и концентрация кислорода достигают необходимого уровня. Кроме кислорода и воды, микроорганизмам для роста и размножения необходимы источники углерода, азота, фосфора, калия и определенных микроэлементов. Эти потребности часто удовлетворяются веществами, содержащимися в отходах [2].

Потребляя органические отходы как пищевой субстрат, микроорганизмы размножаются и продуцируют воду, диоксид углерода, органиче-

ские соединения и энергию. Часть энергии, получающейся при биологическом окислении углерода, расходуется в метаболических процессах, остальная выделяется в виде тепла.

Основные группы организмов, принимающих участие в компостировании:

микрофлора - бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли;

микрофауна - простейшие;

макрофлора - высшие грибы;

макрофауна - двупароногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, муравьи, термиты, пауки, жуки [2].

Продуктом компостирования является компост. Компост - это конечный продукт компостирования. Он содержит наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу мертвых микроорганизмов, некоторое количество живых микробов и продукты химического взаимодействия этих компонентов (рис. 1).

Компостирование представляет собой динамический процесс, протекающий благодаря активности сообщества живых организмов различных групп.

В процессе компостирования принимает участие множество видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна температура ниже 20 °С, для мезофилов 20...40 °С и для термофилов - свыше 40 °С. Микроорганизмы, преобладающие на последней стадии компостирования, являются, как правило, мезофилами.

Хотя количество бактерий в компосте очень велико (10 млн -1 млрд м.к./г влажного компоста), из-за малых размеров они составляют менее половины общей микробной биомассы [3].

Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии и грибы, и на ранних стадиях компостирования не составляют им конкуренции. Они более заметны на последующих стадиях процесса, когда их становится много, и налет белого или серого цвета, типичный для актиномицетов, отчетливо виден на глубине 10 см от поверхности компостируемой массы. Их численность ниже численности бактерий и составляет порядка 100 тыс.

- 10 млн клеток на грамм влажного компоста.

Грибы играют важную роль в деструкции целлюлозы, и состояние компостируемой массы должно регулироваться таким образом, чтобы оптимизировать активность этих микроорганизмов. Важным фактором является температура, так как грибы погибают, если она поднимается выше 55°С. После понижения температуры они вновь распространяются из более холодных зон по всему объему.

Открытое

Закрытое

___Ї____'

Компост

Рис. 1. Принципиальная схема переработки органических

отходов в компост

В процессе компостирования принимают активное участие не только бактерии, грибы, актиномицеты, но и беспозвоночные. Эти организмы сосуществуют с микроорганизмами и являются основой «здоровья» компостной кучи. В дружной команде компостеров участвуют, например, муравьи, жуки, сороконожки, гусеницы озимой совки, ложные скорпионы, личинки фруктового жука, многоножки, клещи, нематоды, дождевые черви, уховертки, мокрицы, ногохвостки, пауки, пауки-сенокосцы, энхитрии-ды (белые черви). После того как достигнут максимум температуры, компост, остывая, становится доступным для широкого ряда почвенных животных. Многие почвенные животные вносят большой вклад в переработку компостируемого материала посредством его физического дробления. Эти животные также способствуют перемешиванию разных компонентов компоста. В умеренном климате главную роль в заключительных стадиях процесса компостирования и дальнейшего включения органического вещества в почву играют земляные черви.[4]

Компостирование - это комплексный, многостадийный процесс. Каждая стадия характеризуется различными консорциумами организмов. Фазы компостирования (рис. 2):

1) лагфаза;

2) мезофильная фаза;

3) термофильная фаза;

4) фаза созревания.

Рис. 2. Стадии компостирования отходов

Фаза 1. Начинается сразу после внесения свежих отходов в компостную кучу. В течение этой фазы микроорганизмы адаптируются к типу отходов и условиям обитания в компостной куче. Распад отходов начинается уже на этой стадии, но общая численность популяции микробов еще невелика, температура невысока.

Фаза 2. На протяжении этой фазы процесс распада субстратов усиливается. Численность микробной популяции возрастает преимущественно за счет мезофильных организмов, адаптирующихся к низким и умеренным температурам. Эти организмы быстро разлагают растворимые, легко де-градируемые компоненты, такие, как простые сахара и углеводы. Запасы этих веществ быстро истощаются, микробы начинают разлагать более сложные молекулы, такие, как целлюлозу, гемицеллюлозу и белки. После потребления этих веществ микробы выделяют комплекс органических кислот, которые служат источником пищи для других микроорганизмов. Однако не все образовавшиеся органические кислоты поглощаются, что ведет к их избыточному накоплению и, как результат, к понижению pH среды. pH служит индикатором окончания второй стадии компостирования. Но это явление временное, поскольку избыток кислот ведет к гибели микроорганизмов.

Фаза 3. В результате микробного роста и метаболизма происходит повышение температуры. Когда температура повышается до 40 °С и выше, мезофильные микроорганизмы замещаются микробами, более устойчивыми к высоким температурам - теромофилами. При достижении температуры 55 °С большинство патогенов человека и растений погибает. Но если температура превысит 65 °С, погибнут и аэробные термофилы компостной кучи. Благодаря высокой температуре происходит ускоренный распад белков, жиров и сложных углеводов типа целлюлозы и гемицеллюлозы - основных структурных компонентов растений. В результате исчерпания пи-

щевых ресурсов обменные процессы идут на убыль, и температура постепенно снижается [1].

Фаза 4. Вследствие падения температуры до мезофильного диапазона в компостной куче начинают доминировать мезофильные микроорганизмы. Температура является наилучшим индикатором наступления стадии созревания. В данной фазе оставшиеся органические вещества образуют комплексы. Этот комплекс органических веществ устойчив к дальнейшему разложению и называется гуминовыми кислотами, или гумусом.

Промышленное компостирование

В последнее время компостирование привлекает к себе значительный интерес по причине всё увеличивающейся необходимости перерабатывать в гигиенических целях городские отходы и сырой активный ил, отходы растениеводства и навоз. Ключом к началу компостирования в промышленных масштабах служит понимание основ этого процесса.

Приготовление компостов имеет огромное гигиеническое значение. При компостировании происходит инактивация многих возбудителей болезней. При высокой температуре внутри компостной кучи гибнут бактерии, вызывающие поражение культурных растений. Исследования показали, что яйца фитогельминтов погибают через 5-6 суток после начала процесса активного компостирования, а семена многих сорняков теряют всхожесть.

Компостирование является способом гигиенического удаления органических отходов и получения полезного продукта, внесение которого в почву обеспечивает ее питательными веществами, снижает ее загрязнение, повышает стабильность почвы и способность к удержанию влаги. Особенно важную роль в поддержании стабильности почвы и содержания в ней гумуса играет внесение компоста в пустынных и полупустынных районах. В умеренном климате компостирование важно и как способ удаления отходов, снижающий их опасность и дурной запах.

Для компостирования отходов полеводства, овощеводства и садоводства до сих пор применяются достаточно простые схемы. Перемешивание и принудительная аэрация используются крайне редко. Из-за очень низкой стоимости компоста сложные процессы компостирования не могут применяться в сельском хозяйстве, и условия проведения процесса сильно отличаются от рекомендованных выше. Компостирование отходов садоводства производится издавна ручным способом. Напротив, для переработки городских отходов было предложено множество различных схем, способных перерабатывать большие объемы твердых отходов в день.

Существует несколько технологий компостирования, различающихся по стоимости и сложности. Более простые и дешевые технологии требуют больше места, и процесс компостирования занимает больше вре-

мени, как следует из приводимой ниже классификации технологий компостирования.

Минимальная технология. Компостные кучи - 4 мв высоту и 6 м в ширину. Переворачиваются раз в год. Процесс компостирования занимает от одного до трех лет в зависимости от климата. Необходима относительно большая санитарная зона.

Технология низкого уровня. Компостные кучи - 2 м в высоту и 3...4 в ширину. В первый раз кучи переворачиваются через месяц. Следующее переворачивание и формирование новой кучи - через 10 - 11 месяцев. Компостирование занимает 16 - 18 месяцев.

Технология среднего уровня. Кучи переворачиваются ежедневно. Компост готов через 4 - 6 месяцев. Капитальные и текущие затраты выше.

Технология высокого уровня. Требуется специальная аэрация компостных куч. Компост готов уже через 2 - 10 недель.

Описано несколько простых систем для компостирования в кучах различных органических отходов.

Простые системы: кучи и компостные ряды. В простых системах подготовленный материал складывают в виде длинных куч, называемых компостными рядами, либо вручную, либо с помощью самосвалов или погрузчиков. Эти кучи имеют приблизительно треугольную форму в сечении, их высота и ширина может быть различна, но рекомендуется, чтобы при естественной аэрации высота и ширина не превышали 2,5 м. Компостные ряды могут быть любой длины и часто их располагают применительно к рельефу местности. Желательно, чтобы площадка, на которой располагают компостные ряды, была забетонирована, чтобы она не разрушалась при движении транспортных средств [4].

Компостные ряды могут в течение нескольких месяцев не требовать вмешательства до тех пор, пока в них не начнет падать температура. Переворачивание материала в кучах осуществляется для его аэрации, уменьшения размера частиц и для того, чтобы весь материал подвергся действию высоких температур в термофильной стадии. Последнее достигается перемещением наружных частей кучи в ее середину при переворачивании. Переворачивание кучи можно производить несколькими способами и с разной эффективностью. Для очень небольших объемов его выполняют вручную, но чаще применяют машины типа землечерпалок.

В России компостирование с помощью компостных ям часто применяется населением в индивидуальных домах или на садовых участках. В то же время процесс компостирования может быть централизованным и проводиться на специальных площадках. Компостирование, применяемое в России на механизированных мусороперерабатывающих заводах, которых в стране считанные единицы, представляет собой процесс сбраживания в биореакторах всего объема ТБО, а не только его органической составляющей. Хотя характеристики конечного продукта могут быть

значительно улучшены путем извлечения из отходов металла, пластика и т.д., все же он представляет собой достаточно опасный продукт и находит очень ограниченное применение (на Западе такой «компост» применяют только для покрытия свалок).

В развитых странах существует целая сфера бизнеса промышленного компостирования органических отходов. Выйдя в Интернете на сайты фирм-производителей специального оборудования для компостирования, можно поразиться его разнообразию и огорчиться тому, что Россия в этом отношении все еще живет по старинке, восхититься и опечалиться, узнав о системе сортировки мусора еще на стадии его наработки, о том, как можно стать богатым, не причинив вреда природе и обществу, всего лишь с помощью мусора.

Несмотря на повсеместное распространение одного из направлений компостирования - вермикомпостирования, мало известно о рисках здоровью, связанных с ростом грибов в вермикомпостах. Для обозначения такого компоста употребляют и другие термины: «биогумус», «гумус червей», просто «гумус».

Вермикультура (от лат. vermin - червь) - использование дождевых червей для переработки органических отходов и повышения плодородия почв - является одним из перспективных направлений биотехнологии. В настоящее время преобладающей тенденцией является использование красного калифорнийского червя - выведенной селекционным путем линии навозного червя, которая отличается значительной плодовитостью, утратой инстинкта покидания своего местообитания при неблагоприятных условиях среды, высокой степенью адаптации к переработке специфических видов отходов. Применение вермикомпостирования отходов позволяет при достаточном количестве питательной среды (компоста) и создания заданных параметров микроклимата ежемесячно удваивать количество живой биомассы. В процессе переработки червями 1 тонны компоста образуется 600 кг сухих гумусных удобрений (25-40 % биогумуса), содержащих все необходимые для развития растений макро- и микроэлементы, и 100 кг биомассы, в состав которой входит порядка 60 % полноценного вы-сокоусваиваемого белка (тогда, как в одной растительной кормовой единице перевариваемого белка лишь 8.. .10 %) (4).

Вермикомпостирование основано на способности червей поглощать в процессе своей жизнедеятельности растительные остатки и почву. В организме червей они измельчаются, химически трансформируются, обогащаются некоторыми питательными элементами, ферментами и микроорганизмами. Вермикомпост - это продукт, получаемый из органических отходов, подвергнутых физико-химической, биохимической и микробиологической трансформации в кишечнике дождевых червей.

Внедрение новых безотходных технологий утилизации навоза сельскохозяйственный животных, твердофазных иловых осадков станций очи-

стки городских стоков и других органических отходов позволяет уменьшить экологический ущерб природе, снизить эпидемиологическую опасность для населения, также существенно повысить эффективность агропромышленного комплекса в результате использования органического удобрения - биогумуса - продукта жизнедеятельности вермикультуры. Биогумус в 15 - 20 раз эффективнее исходного органического субстрата. Питательные вещества, находящиеся в нем, легко усваиваются растениями, обладают пролонгированными свойствами. Применение биогумуса приводит к резкому снижению содержания нитратов, исключает применение химических средств борьбы с болезнями в овощеводстве, цветоводстве, при выращивании эфиромасличных и лекарственных культур [3].

Выбор площадки для компостирования

Процесс компостирования должен находиться на территории с удобным подъездом, куда можно легко привезти дополнительные источники азота и углерода. Эта площадка должна быть расположена далеко от животных на ферме, вдали от любых водных источников и зданий. Для того чтобы избежать попадания воды, необходимо подготовить систему стоков с идеальным 1...3 %-ным уклоном. Одним из главных факторов по выбору участка для компостирования является гидрогеология. Должна отсутствовать связь с гидрогеологией на данном участке-уровень водоупо-ра значительно ниже уровня подошвы компоста, в ином случае образует -сяглиняный замок, позволяющий избежать попадания в воду вредных компонентов.

В качестве площадки для компостирования можно использовать такие типы “всесезонных поверхностей”, как утрамбованная земля, асфальт, бетон или другой не пропускающий жидкость материал.

Выработанное карьерное пространство и отвалы вскрышных пород в настоящее время рассматривается как отходы горного производства и практически не используются. Учитывая структуру поверхности и местоположение выработок и отвалов, можно также использовать их в качестве поверхности для компостирования, что позволить снизить себестоимость добычи полезного ископаемого и принесёт дополнительную прибыль предприятию.

Список литература

1. Покровская С.Ф. Новые тенденции в компостировании городских отходов (зарубежный опыт) //Агропромышленное производство: опыт, проблемы и тенденции развития. М.: ВНИИТЭИ, 1991. № 4. С. 40-46.

2. Трубецкой O.A., Чиаватта К., Трубецкая O.E. Электрофоретический мониторинг созревания гуминоподобных веществ в процессе компостирования органических отходов //Материалы 2-й Международной науч-

но-практической конференции "Дождевые черви и плодородие почв". Владимир, 2004.

3. Кларенс Г.Голуэк. Компостирование отходов. Основные принципы.

4. А. С. № 1479448 СССР. Способ переработки твердых бытовых отходов в компост. 1989.

A. Sidorkov

USING GEORESOURCES PITS FOR INDUSTRIAL COMPOSTING OF ORGANIC

WASTE

Considered the stage and phase of composting organic waste is considered. Given the choices of sites for composting is given. Encouraged to use pit dumps for composting organic waste.

Key words: tailings quarries, composting, phase diagram of processing, industrial composting site.

Получено 20.04.11

УДК 622.26:622.831:622.34

В.Ю. Синегубов, асп., slavianntil@rambler.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА В УГЛОВЫХ ЦЕЛИЧКАХ СМЕЖНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ РУД

Проанализировано влияние угловых целичков на формирование напряженно-деформированного состояния массива. Построена объемная модель, имитирующая проходку двух смежных выработок в рудном массиве. По результатам исследования сделаны выводы поустойчивости целичков.

Ключевые слова: руда, напряжение, целик, смещения, выработка, массив,

модель.

Опыт отечественных и зарубежных предприятий показывает, что слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства, предлагаемая для разработки Яковлевского месторождения, является проверенным способом добычи полезного ископаемого в особо сложных гидрогеологических условиях. Очевидно, что в условиях Яковлевского месторождения для сохранения водоупора над выемочным пространством необходима искусственная защитная потолочина. Основным условием безопасности ведения работ по отработке выемочных блоков под защитным перекрытием является эффективная передача нагрузки от вышележащей толщи на закладочный массив. В условиях Яковлевского рудника, ко-