Обеззараживание и утилизация ТБО небольших городов (до 50 тыс. чел. населения) и населенных пунктов сельского типа при наличии свободных территорий вблизи города целесообразно применять полевое компостирование ТБО как наиболее простой и дешевый метод обезвреживания и переработки ТБО. Если на заводах механизированной переработки ТБО основной технологический процесс - аэробное компостирование - происходит в сложных металлоемких установках - ферментаторах (биобарабанах, биобашнях), то на площадках полевого компостирования - в открытых штабелях. Правда, при этом увеличиваются срок переработки с 2 - 4 суток до нескольких месяцев, а также увеличивается площадь сооружений [5,8].
Правильно организованное полевое компостирование обеспечивает защиту почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнений ТБО, позволяет получить в результате переработки ТБО компост.
Применяют две принципиальные схемы полевого компостирования - с предварительным дроблением ТБО и без предварительного дробления. В первом случае для измельчения ТБО используют специальные дробилки, во втором - измельчение (менее эффективное) происходит за счет многократного перелопачивания компостируемого материала. Не измельченные фракции отделяют на контрольном грохоте. Установки полевого компостирования, оснащенные дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства.
Принципиальная технологическая схема полевого компостирования приведена на рисунке 4.14.
Метод полевого компостирования характеризуется тем, что процесс образования компоста происходит на открытом воздухе путем выдерживания ТБО в удлиненных штабелях. Аэрация ТБО осуществляется периодическим перемешиванием тела штабелей за счет переброски ТБО из одного штабеля в другой, расположенный параллельно на площадке штабелей.
1 - траншея для приема ТБО; 2 - автомобильный грейферный кран для формирования штабелей ТБО; 3 - штабели, где осуществляется компостирование ТБО; 4 - автосамосвал для удаления компоста к узлу обогащения
1 - приемный бункер узла обогащения компоста; 2 - автомобильный грейферный кран; 3 - бункер с дозирующим питателем; 4 - ленточный транспортер; 5 -сепараторы для обогащения компоста (удаление металла, камней, крупногабаритных включений, текстиля, упаковок и т.д.); 6 - полигон для некомпостируемых ТБО; 7 -площадка для хранения и дозревания обогащенного компоста
Рисунок 4.14 - Технологическая схема полевого компостирования ТБО
Таким образом, все части штабеля оказываются в одинаковых условиях. Перелопачивание твердых бытовых отходов и переброска из одного штабеля в другой не только обеспечивают аэрацию, необходимую для аэробного процесса, но и предотвращают перегрев ТБО более 70 °С [7].
Как показывает опыт, оптимальной является высота штабеля 1,5 - 2 м. При меньшей высоте происходят значительные потери тепла и в штабеле нельзя поддерживать температуру, подходящую для термофильных микроорганизмов. Кроме того, из-за большой потери влаги, особенно по краям штабеля, замедляются процессы образования компоста. При высоте более 2 м ТБО будут сжаты собственной массой, уменьшится величина пор и возникнут условия для анаэробного процесса.
Ширина штабеля у основания обычно диктуется вылетом стрелы грейферного автокрана, а заложение откосов чаще всего принимается равным 45°.
Перемешивание ТБО в штабелях необходимо не только для аэрации, но и для предотвращения очагов анаэробного разложения. Появление на площадке штабелирования ТБО гнилостных запахов свидетельствует о развитии в штабелях анаэробных процессов, для прекращения которых требуется дополнительное перемешивание.
Частота перемешивания в большой степени зависит от содержания влаги. Если первоначальное содержание влаги менее 70 %, то первое перемешивание должно быть выполнено на третьи сутки, затем перемешивание (переброс из штабеля в штабель) нужно выполнять в следующем порядке:
- при содержании влаги в массе более 70 % необходимо ежедневное перемешивание;
- при содержании влаги в массе от 60 до 70 % перемешивание должно быть выполнено пять раз с двухсуточным интервалом;
- при содержании влаги в массе от 40 до 60 % перемешивание должно быть выполнено четыре раза с трехсуточным интервалом;
- при содержании влаги в массе менее 40 % необходимо дополнительное орошение ТБО в штабеле.
Для борьбы с выплодом мух поверхность штабелей должна быть покрыта слоем готового компоста толщиной 0,2 м.
Представленная на рисунке 4.14 технологическая схема полевого компостирования может иметь ряд модификаций - например, процессы сепарации вынесены в голову процесса. В районах с большими осадками целесообразно проводить аэробный процесс компостирования в специальном здании с крышей (защита от дождя и снега), разделенном на ряд коридоров - закромов, ширина которых позволяет проезжать автомобилю с грейферным краном и перегружать ТБО из одного закрома в другой.
В связи с сезонностью внесения компоста в почву площадки хранения компоста должны иметь соответствующие резервы.
В штабелях весенне-летней закладки не дробленных ТБО через 5 дней температура компостируемого материала повышается до 60 - 70 °С и удерживается на таком уровне 15 - 20 дней, затем снижается до 40 - 45 °С и в течение 3 - 4 мес. снижается до 30 - 35 °С. Перелопачивание способствует активизации процесса. Через 4 - 8 дней после перелопачивания температура на несколько дней снова поднимается до 60 - 65 °С. Рекомендуемая продолжительность компостирования твердых бытовых отходов в штабелях - от 12 до 18 месяцев. При регулярном перелопачивании и увлажнении штабелей срок может быть существенно уменьшен [4,7].
При осенне-зимней закладке температура в течение первого месяца поднимается в отдельных очагах, и только через 1,5 - 2 мес. температура всего штабеля достигает 50 - 60 °С и остается на таком уровне в течение двух недель (скорость подъема температуры зависит от температуры уложенных ТБОи окружающего воздуха). Далее в течение 2 - 3 мес. температура компостируемого материала удерживается на уровне 20 - 30 °С, а с наступлением лета повышается до 30 - 40 °С.
После завершения термофильной стадии компост складируют в штабели дозревания под открытым небом. При использовании сооружений с навесами сепарацию ТБО целесообразно вынести в голову технологического процесса и для ускорения термофильного режима сепарированные ТБО подвергать дроблению.
Полученный компост очищается от крупных балластных фракций - стекла, камней, металла с использованием установки для механизированной сортировки. Установка для механизированной сортировки содержит магнитный сепаратор, виброгрохот и транспортеры. В некоторых схемах ТБО разделяют на фракции до компостирования. Из ТБО и компоста или (там, где нет дробления) только из компоста электромагнитным сепаратором извлекают черный металлолом.
Другим вариантом технологии полевого компостирования является предварительное дробление ТБО перед укладкой в штабеля, осуществляемое при помощи молотковых дробилок. В этом случае выход компоста увеличивается, а количество отходов снижается [7].
Более совершенная технология полевого компостирования осуществляется на специальных секционных площадках с водонепроницаемым основанием (бетонные плиты), оборудованных грейферным краном, осуществляющим создание и перелопачивание штабелей. На площадках имеется дробильно - сортировочное отделение, оборудованное приемным бункером с пластинчатым питателем, магнитным сепаратором для отбора металлолома, системой ленточных транспортеров, цилиндрическим грохотом, дробилкой для компоста. Для аэрации ТБО в штабелях прокладывают перфорированные воздуховоды, соединенные с вентилятором. Площадки содержат также систему полива и пожаротушения. Для ликвидации крупного отсева балластных фракций площадки могут содержать мусоросжигательные или пиролизные установки небольшой производительности. При их отсутствии балласт вывозится на полигон. Для небольших городов такие площадки компостирования являются реальной альтернативой полигонам ТБО.
Технология полевого компостирования допускает совместное обезвреживание и переработку ТБО с осадком сточных вод (ОСВ) [4]. При смешивании обезвоженного осадка с ТБО в соотношении 3:7 используется весь осадок сточных вод и все ТБО, образующиеся в городе. Компост, полученный из такой смеси, содержит больше азота и фосфора.
Органическое вещество содержится в основном в бумаге и пищевых отходах, причем последние состоят из легко усваиваемых соединений. Значительное же содержание бумаги (до 70 %) не позволяет в ряде случаев успешно осуществлять компостирование ТБО. Поэтому весьма перспективно совместное компостирование ТБО и осадка сточных вод.
Осадки сточных вод являются крупнотоннажным отходом, образующимся при биологической очистке сточных вод. Утилизация и обезвреживание ОСВ является сложной экологической проблемой. Удобрительные свойства высушенных и прокомпостированных осадков выше, чем компоста из ТБО. С другой стороны, применение осадков лимитируется содержанием в них соединений тяжелых металлов (кадмий, свинец, ртуть и др.), особенно для ОСВ крупных промышленных городов. Компосты из ОСВ успешно применяются в качестве удобрений. При совместном компостировании ТБО и ОСВ удается улучшить структуру и товарный вид компоста, повысить содержание в нем питательных веществ. Для совместной переработки целесообразно использовать механически обезвоженные осадки влажностью 70 - 80 %. Смесь ТБО и ОСВ должна иметь влажность не более 60 %. Учитывая, что не обезвоженные ОСВ имеют высокую влажность (~97 %), целесообразно использовать их для полива штабелей ТБО в условиях полевого компостирования, компенсируя потерю влажности в поверхностных объемах материала. Важным условием совместного компостирования ОСВ и ТБО является правильная дозировка ОСВ, контроль содержания соединений тяжелых металлов в компосте в соответствии с установленными нормативами, контроль за правильной дозировкой при внесении компостов в почву.