СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМУСА НА СВАЛКАХ ОТХОДОВ
METHOD FOR PRODUCTION OF HUMUS AT DUMPS

Изобретение относится к области экологии и коммунального хозяйства, а именно к способу получения биогумуса на свалках отходов, и может быть использовано при захоронении и утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) на свалках методом переработки отходов вермикультурой в нечто полезное и безвредное.
Свалки являются загрязнителями атмосферы, почвы, грунтовых и поверхностных вод. Даже после закрытия свалок отходов происходит выделение вредных фильтратов и газов, отравляющих окружающую среду.
Известен способ получения гумуса в устройствах для разложения органических отходов по патенту Швейцарии № 679284, 24.07.1990 г. Устройство для осуществления способа имеет несколько камер, в которых размещены органические отходы. Камеры разделены рядами планок в виде штакетника, причем планки расширяются вниз. Полное разложение отходов происходит под воздействием микроорганизмов и т.п. благодаря наличию свободного пространства между расширяющимися вниз и расположенными в виде штакетника ребрами, улучшающего условия поступления воздуха. Разложившиеся отходы, благодаря активности находящихся в грунте организмов, падают в расположенные ниже сборные камеры, в которых разложившийся материал измельчается находящимися в нем живыми организмами и разравнивается в горизонтальном направлении. В верхней части камер происходит горячая ферментация. Образующееся при этом тепло распределяется по всему устройству, что позволяет создать оптимальные условия для развития живых организмов и грибков. При падении температуры устройство подогревают.
Недостатки указанного способа вызваны следующими факторами:
- отходы должны быть одинаковой плотности, примерно одного типоразмера и одинакового биологического состава, а это возможно только при переработке илов очистных сооружений, у ТБО такого единообразия нет;
3
3
- органические отходы города с населением 10 тыс. жителей ежедневно составляют 15,3 м, а время полной переработки в компост 90 дней. Соответственно объем камер должен составлять 1377 м, который равномерно прогреть практически невозможно.
Известен способ обработки компостированием и устройство для его осуществления по заявке на изобретение Франции № 2653687, 27.10.1989 г. Способ, применяемый для обработки бытовых органических отходов, предусматривает последовательную подачу с заданной периодичностью материала с органическими отходами путем их загрузки в емкость с вводом земляных червей, которые перемещаются вверх; последовательное извлечение с заданной периодичностью нижнего слоя предварительно компостированного органического вещества и его удаление. Отбор органического вещества обеспечивает постепенное опускание материала со скоростью, равной скорости подъема земляных червей. Этому способу присущи следующие недостатки:
- невозможно подобрать емкость такого объема даже для города с населением в 10 тыс. человек;
- в таком объеме трудно поддерживать необходимые условия размножения вермикультуры по оптимальной температуре и влажности компоста, не говоря уже об отсутствии отвода метана, высокая концентрация которого губительно влияет на жизнеспособность червей;
- гумус, получаемый из бытовых органических отходов, не может быть «товарным» из-за множества мелких включений, которые невозможно отсортировать даже после просушки его в сушильных барабанах.
Известны способ компостирования с использованием вермикультуры и установка по патенту на изобретение РФ № 2244698, МПК C05F 3/06, А01К 67/033, 20.01.2005. Способ компостирования включает помещение на перфорированном элементе устройства подготовленного перерабатываемого материала с рН 6-8 и исходное количество червей, увлажнение материала до заданного значения влажности при выбранной температуре и компостирование при поддержании заданной температуры и влажности слоя материала. На перфорированный элемент загружают слой перерабатываемого материала толщиной от 20 до 50% радиуса цилиндрического сегмента, представляющего собой корпус, нижнюю часть которого заполняют водой и доводят ее температуру до 19-21°С. В загруженный слой материала вносят червей в количестве 50-400 особей на 1 куб. м. материала и осуществляют компостирование при температуре 20-23°С и влажности слоя 60-85% в течение 1-3 месяцев, после чего выгружают готовый компост.
Однако все приведенные выше способы получения гумуса осуществляются с помощью емкостей и средств, поэтому их использование неэффективно и неприемлемо для переработки отходов в теле свалки.
Из уровня техники известны также способы захоронения свалок ТБО, один из которых заключается в укрытии свалки изолирующим слоем, содержащим препятствующие проникновению химические вещества, такие как карбонат кальция и магния, сульфат кальция, диоксид кремния (US № 5090843, 15.02.1991). Другой способ захоронения свалок путем многослойной изоляции осуществляют укладыванием на заполненную доверху свалку выравнивающего слоя, под которым размещают газоотводящий слой из гравия и отсыпают дренажный слой, отводящий атмосферные осадки, над которым располагают слой растительного грунта с последующим озеленением (DE № 4006814, 12.09.1991).
Известные способы малоэффективны и экономически не целесообразны, достаточно трудоемкие, высокозатратные и требуют больших площадей для захоронения отходов.
В качестве прототипа принят способ получения гумуса при обезвреживании свалок по патенту автора на изобретение РФ № 2155107, МПК7 В09В 1/00, В09В 3/00, C05F 3/06 заявл. 27.07.1999 г., опубл. 27.08.2000 г.
Способ по прототипу заключается в том, что в верхнем слое свалки прокапывают ряды траншей шириной 1 м и глубиной 0,7 м с небольшим уклоном для дренажа избыточной влаги. Траншею заполняют пищевыми органическими отходами и илом очистных сооружений, пролежавшим не менее 5 лет, и укрывают полиэтиленовой пленкой. По истечении 2-4 месяцев в траншею под пленку запускают адаптированную культуру красного калифорнийского червя (ККЧ), а по истечении 4-6 месяцев часть червей пересаживают в новые траншеи с помощью ящиков-ловушек. Затем траншеи дополняют, а межтраншейное пространство засыпают растительным грунтом и осуществляют озеленение путем посадки растений.
Недостатком прототипа является невысокая эффективность способа, интенсификация процесса которого носит периодический характер, т.к. определяется сезонностью и зависит от температуры и влажности окружающей среды. Адаптированная вермикультура ККЧ «работает» до наступления холодов, а затем впадает в анабиоз и просыпается только весной. Бактерии субстрата в указанный период также замедляют свою деятельность.
Задача, положенная в основу изобретения, заключается в повышении эффективности способа за счет круглогодичного получения гумуса в теле свалки по двухволновой биотехнологии независимо от времени года и наличия или отсутствия осадков, количества и разнородности отходов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем образование траншеи в верхнем слое свалки, ее заполнение пищевыми и органическими отходами и укрывание пленкой, внесение в субстрат адаптированной культуры красного калифорнийского червя, согласно изобретению перед заполнением на дне траншеи прокладывают трубу замкнутого цикла подачи теплоносителя. После заполнения траншеи отходами в верхней части ее содержимого с помощью удерживающего приспособления прокладывают горизонтально ориентированные перфорированные трубы аэрации и газоотвода, а также вертикально ориентированные и выступающие над траншеей трубки взятия проб температурного режима, влажности и объема газа. По показателям проб осуществляют контроль процесса компостирования, периодичность откачки газа и регулирование подачи теплоносителя и орошающей жидкости. Для повышения эффективности экономически целесообразно траншею заполнять пищевыми и органическими отходам, которые выделяют сортировкой отходов свалки, например на комплексе, установленном непосредственно на полигоне свалки.
Сущность способа поясняется чертежами, на которых представлены:
фиг.1 - схема свалки;
фиг.2 - поперечный разрез траншеи свалки.
Пример осуществления способа приводится с использованием разработанного автором комплекса сортировки и переработки твердых бытовых отходов для обезвреживания и рекультивации свалок, защищенного патентом на полезную модель РФ № 80784, 22.10.2008 г.
По всему полигону свалки 1 вокруг комплекса 2 прокапывают траншеи 3 шириной 2 м и глубиной 0,7 м. Для создания благоприятных условий переработки бактериями брожения, лактобациллами и сапрофитами отходов на дне траншеи 3 прокладывают две пластиковые трубы 4 диаметром 100-120 мм, длиной 6 м, имеющие муфты наращивания и состыкованные в один отопительный контур. Их размещают на расстоянии 1 м друг от друга, запитывают горячей водой от котла комплекса 2 и впоследствии убирают расстыковкой 30-метровых участков труб, вытаскиванием бульдозером и складированием у комплекса 2. Траншею 3 заполняют отсортированными на комплексе пищевыми и органическими отходами на высоту, превышающую 0,3 м уровень свалки. С помощью приспособления в виде поддерживающего трапа 5 укладывают на расстоянии 1 м две перфорированные пластиковые трубы 6 и 7 диаметром 100-120 мм. с отверстиями 20 мм, а также вертикально устанавливают трубки 8, 9 и 10 отбора проб. Труба 6 служит для подачи теплой воды зимой или холодной летом через воронку 11, а труба 7 - для отвода вакуум-насосом 12 газа, который скапливается за счет метанобразующих бактерий и поднимается вверх. При концентрации свыше 15% он становится взрывоопасным, а при меньшем содержании тормозит процесс переработки. Трубки отбора проб: 8 - для измерения температуры процесса переработки отходов, 9 - влажности, количества бактерий и ККЧ, 10 - концентрации газа. Заполненную отходами траншею закрывают полиэтиленовой пленкой 13, под которой осуществляется процесс переработки отходов по двухволновой биотехнологии получения гумуса следующим образом.
Наличие подогрева траншеи, заполненной пищевыми отходами и органикой, наряду с возможностью орошения технической водой, получаемой из скважины, используемой и для контроля качества воды, имеющей температуру 6-8°С, позволяет поддерживать температурный режим 30-50°С, влажность 50-70%, которые являются оптимальными для размножения бактерий. В течение 2-4 месяцев при поддержании оптимальных условий в результате интенсивной работы бактерий уровень заложенных отходов уменьшается на 25-30%, что создает эффект первой «волны», и позволяет наряду с уменьшением температуры и выделением газа судить об окончании первого этапа переработки отходов.
Затем в получившийся компост выпускают адаптированную к данному виду отходов вермикультуру (ККЧ), выращенную на биоферме комплекса 2. По показателям проб из трубок 8,9 и 10 осуществляют поддержание оптимальных условий размножения червей: температуру 15-25°С и влажность 75-80% регулированием подачи теплоносителя и орошающей жидкости в трубы 4 и 6. Благодаря тому, что гумус образуется в результате естественного пищеварительного процесса червей, в нем содержится значительное количество биологически активных веществ. Он состоит из углерода, азота, фосфора, калия в пропорциях, благоприятных для питания растениями. Содержание в копролитах биостимуляторов роста, таких как ауксин, гиббереллины, цитокинин (аминокислоты, имеющие размеры 3-5 нанометров, что позволяет назвать эту технологию «нано»), объясняет во многом гормоноподобный эффект, наблюдаемый многими учеными, по воздействию биогумуса на ростовые процессы растений, увеличение надземной биомассы и корневой системы.
При этом уровень компоста теперь уже уменьшается на 10-15%, что создает эффект второй «волны».
3
Для скачивания образовавшегося под укрывной пленкой 13 газа используют насосную станцию с водокольцевым вакуум-насосом 12, приводимым в действие взрывобезопасным электродвигателем, подключенным к электростанции комплекса 2. Вакуум-насос 12 создает в трубе 7 незначительное, порядка 10 мм водяного столба, понижение давления, чтобы практически весь газ поступал сначала на фильтр грубой очистки, а затем на влагоотделитель. Дальше газ желательно закачать в небольшой ресивер с газораспределительной аппаратурой для более ритмичной подачи на нужды комплекса. Для получения эл. энергии этого объема мало, но для нагрева воды на кухне, душевых, моечных баков пластика-стекла-ПЭТбутылок и сушки влагоотделителя вида «селикогель» или «цеолит» вполне достаточно. Химический состав газа вполне пригоден для использования его в качестве топлива: метан 60%, углекислый газ 36%, сероводород-водород-углеводород-азот в сумме всего 4%, теплотворная способность 5-5,5 тыс.ккал/м.
На заключительном этапе в траншею с гумусом добавляют грунт вскрышных работ, перемешивают с помощью специального навесного оборудования бульдозера и высаживают трех летние саженцы хвойных деревьев в шахматном порядке с интервалом 2 м по краям траншеи. Быстрорастущие деревья своими кронами будут принимать атмосферные осадки, а корнями вытягивать влагу из свалки, уменьшая тем самым попадание грязного фильтрата в водоносные горизонты под свалкой.
Предлагаемый способ может применяться как на действующих, так и на закрытых полигонах с использованием или без использования комплекса сортировки и переработки отходов. В случае отсутствия комплекса на полигоне, производят загрузку траншей отходами, поставляемыми с автономных предприятий сортировки ТБО, а подачу теплоносителя - от теплопунктов, устанавливаемых на полигоне. Однако наиболее эффективно и экономически выгодно использование способа в сочетании с комплексом как взаимодополняющими друг друга.
Использование предлагаемого способа круглогодичного получения гумуса на свалках бытовых отходов по двухволновой биотехнологии позволит интенсифицировать процесс переработки, обезвреживания и рекультивации свалок вне зависимости от времени года, осадков или засухи, а также сократить количество площадей под свалки и улучшить экологию окружающей среды.