Проблемы разработки технологий биологической деградации органических отходов

Микроорганизмы являются неотъемлемой составляющей экологической системы биосферы, сыгравшей решающую роль в формировании жизни на земле. В результате их деятельности выделяется огромное количество кислорода, обеспечивающего жизнь.

Отличительной и определяющей особенностью биосферы является ее целостность, населенность жизнью и существование непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества. Основой длительного и устойчивого существования этой огромной экологической системы является сбалансированный кругооборот веществ с участием бесчисленного количества прямых и обратных связей между всем многообразием живых и неживых тел ее образующих. Первый и основной принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Развитие человеческой цивилизации как сферы надбиологических (обусловленных наличием разума) потребностей создало принципиально новую ситуацию в эволюции биосферы. Великий русский ученый В. И. Вернадский, изучая закономерности строения и состав взаимодействующих элементов и структур земной коры, гидросферы, атмосферы и живого вещества, непрерывный кругооборот неорганической материи, пришел к представлениям о роли человека в эволюции природы Земли. В ходе превращения элементов огромное значение имеют организмы, которые, взятые в целом, составляют живую материю. Их количество, состав и энергия является неразрывной частью большого целого, и не могут подвергаться коренным изменениям.

На почве геологической истории, которая исчисляется сотнями миллионов лет, мы видим только колебания этих проявлений организмов, всегда очень небольшие, в ту и в другую сторону. Можно убедиться, что точно так же неразрывно связана со всей историей земной коры деятельность человека, который оказался существенной геологической силой. Взгляды В. И. Вернадского на изменение окружающей среды и накопление отходов как результат цивилизации были развиты как учение о ноосфере (сфере разума), человеческой «оболочки» Земли, что особенно актуально с возрастанием антропогенного воздействия на окружающую среду.

В течение веков происходила естественная биологическая деградация органических отходов под разлагающим воздействием микробов. Сейчас человек научился управлять этим процессом, синтезируя особые группы микроорганизмов. Для этого необходимо сформировать из коллекционных образцов микробные, колонии, обладающие специфической активностью. Затем им придается направленное действие. Разложение производится либо с использованием биогазов, либо без них (в обычной воздушной среде).

Суть данного способа заключается в следующем: определенные виды отходов в специально созданных условиях (при определенной температуре, давлении, рН среды и т.д.) подвергаются деградации. Процесс осуществляется при помощи специально подобранных штаммов микроорганизмов (поэтому данный способ называют способом микробиологической деградации отходов). Конечными продуктами деградации являются ил и вода, в процессе формирования которых выделяются биогазы (преимущественно метан). Данный способ экономичен, эффективен, о чем свидетельствует успешное применение его в хозяйстве ряда стран. Он экологически чист, что особенно актуально для России в целом и ее промышленных городов в частности. Микробиологической деградации могут подвергаться органические отходы, а также некоторые искусственные полимерные материалы и пестициды.

При изучении современных бытовых отходов создается впечатление, что они состоят в основном из бумаги и картона. Это объясняется малой плотностью отходов из бумаги и картона (20-70 кг/м2), используемых как упаковочные материалы. Практически эти компоненты составляют 25-40% от массы ТБО. Значительной частью ТБО (25—35%) являются пищевые отходы. Они имеют высокую плотность (около 500 кг/м3), характеризуются значительной влажностью (70-92%). Она предопределяет влажность всей массы ТБО, в том числе и бумаги. В отдельные сезоны года в южных районах, богатых фруктами, содержание пищевых отходов превышает содержание бумаги и картона, а их влажность достигает 90%.

В ТБО многих городов значительную часть (10-25%) составляют мелкие фракции, проходящие сквозь сито с ячейками размером 16 мм (земля, зола, пищевые крошки) плотностью до 800 кг/м3.

Особую группу в составе твердых бытовых отходов занимают крупногабаритные, к которым относится старая мебель, холодильники и т.п. Перед их утилизацией необходима предварительная обработка.

Данные среднегодового морфологического состава твердых бытовых отходов по отдельным городам России и отдельным странам Мира существенно отличаются. Так, содержание бумаги и картона изменяется от 18,1 до 30%, а пищевых отходов от 28 до 45%. Существенные различия в наличии металла и стекла, что соответственно составляет (2,2-7,4)% и (2,7-13,1)%.

Морфологический состав ТБО и отдельных городах России

Среднегодовой состав ТБО некоторых стран мира

Морфологический состав отходов, образующихся в городах России, значительно отличается от состава ТБО, приведенных зарубежных стран.

В таблице представлены усредненные данные по плотности, влажности и зольности (в пересчете на сухое вещество) компонентов ТБО. Необходимо также отметить, что состав ТБО изменяется во времени.

В качестве примера приведены данные об изменении морфологического состава ТБО г. Москвы в период с 1928 по 1999 г.

На соотношении составляющих бытовых отходов весьма значительное влияние оказывает ряд факторов: степень благоустройства жилого фонда, сезоны года, вид топлива, ;наличие и развитие промышленности, общественного питания, торговли.

Особенно заметны различия в содержании пищевых, отходов, стекла, металла и отсева.

Морфологический состав отходов в большой степени зависит от сезонов года.

Характеристика компонентов ТБО по параметрам

Изменение морфологического состава ТБО г. Москва (% по массе, с учетом содержания влаги и загрязнения)

Среднегодовые данные (%) морфологического состава ТБО (г. Калуга, 1996-1998 гг.)