Материал: Гончарук учебник

МЕРОПРИЯТИЯ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ПОЧВЫ

веществ твердых отходов при таких условиях происходит медленно — в те­ чение 2 лет, после чего на этом же поле можно выращивать сельскохозяй­ ственные культуры. Оценивая этот метод, следует отметить, что он все же не отвечает изложенным выше требованиям. Хотя в почве за 2 года при со­ блюдении норм нагрузки и минерализуется органическая часть отходов, поч­ ва загрязняется бумагой, стеклом, металлом, а поверхность участка пригод­ на для размножения мух. Поэтому метод не нашел широкого применения на практике.

Наиболее распространенными являются биотермические методы, отвеча­ ющие всем указанным требованиям, а именно обезвреживание твердых бы­ товых отходов на полях компостирования, усовершенствованных свалках, в биотермических камерах, а также ускоренные индустриальные методы био­ термического обезвреживания в установках фирмы "Дано", многоэтажных фер­ ментационных башнях, биотенках, метод капиллярной сушки и др.

В основе биотермического метода обезвреживания твердых бытовых отхо­ дов лежит сложный процесс, который схематически можно представить таким образом:

Биотермическое обезвреживание позволяет решить две задачи: 1) разло­ жить сложные органические вещества отходов и продуктов их метаболизма (мочевину, мочевую кислоту и др.) на более простые соединения с тем, чтобы в дальнейшем при помощи специальных микроорганизмов, в присутствии кис­ лорода воздуха, синтезировать новое устойчивое и безопасное в санитарном отношении вещество — гумус; 2) уничтожить вегетативные формы патоген­ ных и условно-патогенных бактерий, вирусы, простейшие, яйца гельминтов, яйца и личинки мух, семена сорняков.

Эти задачи решаются следующим образом. На очистные сооружения или в почву с отходами поступают сложные органические вещества растительного и животного происхождения — белки, жиры и полисахариды, а также продук­ ты их обмена — аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, моносахариды (глюкоза) и жирные кислоты. Первый этап (I фаза) биотермического процесса начинается с использования именно этих простых органических веществ, так как через оболочку микроорганизмов большие молекулы белков, жиров и угле­ водов проникнуть не могут, а проникают лишь их составные части в виде ами­ нокислот, глюкозы, жирных кислот и пр. Такие простые соединения составля­ ют почти 30% органических веществ бытовых отходов. Именно они проникают внутрь микробной клетки через ее оболочку и могут использоваться как энер-

411

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

гетический и пластический материал. Таким образом, биотермический процесс обезвреживания отходов начинается с того, что аминокислоты, глюкоза, жир­ ные кислоты животного и растительного происхождения, содержащиеся в отхо­ дах, используются некоторыми микроорганизмами как пластический и энерге­ тический материал. В результате указанного процесса выделяется энергия, и температура отходов повышается до 40—45 °С. Именно поэтому I фаза биоте­ рмического процесса обезвреживания отходов получила название фазы повы­ шения температуры, а микроорганизмы, которые инициируют этот процесс, — мезофилов.

Схематически / фазу биотермического обезвреживания отходов можно изобразить так:

Когда температура отходов достигает температурного максимума мезофи­ лов (40—45 °С), мезофилы отмирают, и начинается интенсивное развитие дру­ гого вида микроорганизмов, с другим температурным максимумом (75 °С), т. е. термофилов. С гигиенической точки зрения эта фаза биотермического про­ цесса представляет наибольший интерес. В ней разложение сложных органи­ ческих веществ происходит по такой схеме:

Следовательно, под действием экзоферментов термофилов разрушаются сложные органические молекулы отходов и отмерших мезофилов до простых веществ. Аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды термофилы исполь­ зуют как пластический и энергетический материал, что обусловливает увели­ чение их массы.

// фаза биотермического процесса, в отличие от I фазы, характеризуется стационарно высокой температурой (60—70 °С), которая держится от 1 (при ускоренных индустриальных методах биотермического обезвреживания) до 30—60 сут в биокамерах и до 1 года — в компостах. Поэтому эта фаза получи­ ла название фазы стационарных температур (фазы биотермического процесса изображены на рис. 66). Продолжительность II фазы процесса гумификации органических веществ отходов может составлять от 1 сут (при искусственно

412

лов замедляется, и они начинают отмирать.

Наступает /// фаза биотермического процесса. Отмирание термофилов со­ провождается постепенным снижением температуры. Новые температурные условия и ограничение количества легко окисляющихся органических веществ способствуют развитию мезофилов особого вида. Эти мезофилы отличаются от действующих в I фазе тем, что способны расщеплять трудно разрушаемые вещества, — легнины. Схематически эту фазу можно изобразить так:

Сложное органическое вещество, синтезированное мезофила и термофила в I—III фазах биотермического процесса, получило название гумуса, а сам про­ цесс — гумификации. Гумус с трудом, лишь под влиянием некоторых видов почвенных бактерий, поддается процессам минерализации и нитрификации, и поэтому он не способен загнивать, не издает зловония, не привлекает мух, гры­ зунов и является неблагоприятной средой для их развития. Гумус перестает быть объектом внимания гигиенистов и эпидемиологов и приобретает значе­ ние лишь с сельскохозяйственной и агрохимической точек зрения — как орга­ ническое удобрение.

Скорость и направление течения биохимических процессов, а следователь­ но, и эффективность биотермического метода обезвреживания твердых быто­ вых отходов зависят от многих факторов, как положительных, так и отрицатель­ ных. К таким факторам относятся:

1. Аэрация отходов. Это один из основных факторов, влияющих на эффек­ тивность биотермического процесса. Установлено, что при биотермическом разложении органических веществ в аэробных условиях образуется примерно в 25—30 раз больше энергии, чем в анаэробных. Так, при аэробном окислении

413

РАЗДЕЛ III. САНИТАРНАЯ ОХРАНА ПОЧВЫ И ОЧИСТКА НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

1 моля глюкозы образуется 2830 кДж (674 ккал) энергии, а при распаде 1 моля глюкозы в анаэробных условиях — лишь 113 кДж (27 ккал). Из этого следует важный вывод: преимущество необходимо отдавать таким методам, которые обеспечивают достаточную аэрацию отходов, а именно: на 1 объем отходов сле­ дует подавать 25 объемов воздуха.

2.Влажность отходов. Без достаточного количества влаги, как и при ее из­ бытке, биохимические процессы протекать не могут. Мезофилы и термофилы, ответственные за биотермические процессы, состоят на 85% из воды, которая играет важную роль в жизнедеятельности микробной клетки. Поэтому, если влажность отходов менее 30%, то микроорганизмы теряют способность разм­ ножаться и даже гибнут. В то же время при избытке влаги ухудшается аэрация отходов, так как вода и воздух являются антагонистами. Если влажность отхо­ дов более 70%, то вода препятствует поступлению кислорода воздуха к орга­ ническому веществу отходов и поверхности микроорганизмов, т. е. создаются анаэробные условия. Таким образом, для эффективного течения биохимичес­ ких процессов необходимо, чтобы влажность твердых бытовых отходов соста­ вляла не менее 30% и не более 70%. Если влажность отходов находится за пре­ делами этих величин, биотермические процессы замедляются. Следователь­ но, при обезвреживании отходов необходимо соблюдать указанные параметры влажности: в случаях, когда влажность отходов менее 30%, отходы следует ис­ кусственно увлажнять; когда же она более 70%, — необходимо оборудовать устройства для ее уменьшения.

3.Содержание в отходах легко загнивающих органических веществ. Для успешного течения биохимических процессов количество таких органических веществ в отходах должно быть не менее 30%, а неорганических соединений — не более 25%) от общей массы. Из качественных показателей состава органиче­ ских веществ большое значение имеет соотношение углерода и азота. Наибо­ лее благоприятным является их соотношение 30:1.

4.Размер частиц отходов. Установлено, что измельчение твердых отходов способствует интенсификации биохимических процессов. Однако это измель­ чение не должно быть беспредельным: оптимальный размер частиц должен со­ ставлять 25—35 мм. При таком размере частиц отходов увеличивается пло­ щадь их активной поверхности, т. е. площадь контакта органического вещества отходов с кислородом воздуха и микроорганизмами, что ускоряет биохимиче­ ские процессы. В то же время при значительном измельчении (размер частиц менее 25 мм), значительно уменьшается объем каждой отдельной поры, в ре­ зультате чего ухудшается аэрация отходов.

5.Активная реакция (pH) отходов. Оптимальной для развития микроорга­ низмов является pH, которая приближается к нейтральной, т. е. находится в пре­ делах 6,5—7,6.

6.Степень исходной контаминации (обсемененности) отходов мезофилами

итермофилами. Чем она выше, тем быстрее развивается процесс. Для интенси­ фикации процесса необходимо искусственно обсеменять отходы термофилами.

7.Температурные условия. Чем быстрее будет повышаться температура в толще отходов, тем надежнее произойдет биохимический распад органических

414

МЕРОПРИЯТИЯ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ПОЧВЫ

веществ и отмирание патогенной микрофлоры. Поэтому необходимо предот­ вратить потерю тепла очистными сооружениями (особенно в холодный пе­ риод года), а в ряде случаев производить подогрев отходов горячим воздухом, подаваемым в установки.

Как пример использования биотермического метода рассмотрим некото­ рые его варианты и сооружения.

Наиболее простым методом биотермического обезвреживания и перера­ ботки отходов на гумус, распространенным во многих странах мира, является компостирование. Обязательными условиями использования этого метода яв­ ляется достаточное (не менее 25%) содержание в отходах легко загнивающих органических веществ, и влажность отходов в пределах 30—65%. Некоторые отходы не разрешают компостировать. Это, во-первых, отходы из лечебнопрофилактических учреждений и субпродукты из ветлабораторий (из-за эпи­ демической опасности); во-вторых, отходы, содержащие примеси радиоактив­ ных и токсических веществ, в том числе ядохимикатов, дезинфицирующих средств, смол и гудрона.

Оборудование и эксплуатация сооружений для компостирования твердых бытовых отходов зависят от места их расположения: за пределами населенно­ го пункта, в населенном пункте или на индивидуальном приусадебном участке.

Для обезвреживания отходов на приусадебном участке их укладывают в компостные кучи. Этот простой метод впервые был применен в Индии в про­ винции Индор. В научной литературе он получил название индор-метода. Сущ­ ность индор-метода заключалась в следующем. Бытовые отходы складывали на 20-сантиметровый слой веток в штабеля высотой 1—1,5 м. Вместе с быто­ выми отходами закладывали опавшие листья, солому, ботву. Штабеля полива­ ли водой для увлажнения, а через неплотно сложенные ветки в толщу отходов поступал воздух.

Компостирование отходов на приусадебных участках в компостных кучах раньше широко применяли и для обезвреживания отходов непосредственно на месте их образования, т. е. отпадала необходимость в их транспортировке. Кроме того, через 1—1,5 года компост можно было использовать в качестве удобрений. Компостные кучи на приусадебных участках оборудовали на рас­ стоянии не менее 20 м от дома и колодца. Чтобы компостную кучу не заливали атмосферные осадки, участок выравнивали, утрамбовывали слоем (20—25 см) жирной глины, обводили канавкой, иногда накрывали тентом. Отходы в ком­ постной куче укладывали послойно: каждый слой отходов толщиной 15 см засыпали слоем готовой компостной массы или почвы. После закладывания отходов компостную кучу оставляли дозревать. Но биотермическое обезвре­ живание отходов в компостной куче происходило очень медленно, процесс гу­ мификации завершался лишь через 1—1,5 года. Описанный способ компости­ рования бытовых отходов не вполне отвечает гигиеническим требованиям. Он не обеспечивает надежного санитарного эффекта, так как на каждом дворе за оборудованием и эксплуатацией компостных куч тяжело осуществлять сани­ тарный надзор. Поэтому в настоящее время, независимо от размеров населен­ ного пункта, компостирование отходов на приусадебных участках не разре-

415