Теоретические основы и механизм разрушения органических веществ в почве

Биотермические методы. Классическим почвенно-биологическим мето­дом обезвреживания твердых бытовых отходов является обезвреживание на полях запахивания. Поля запахивания — земельные участки, на поверхность которых толщиной 5—10 см насыпают твердые бытовые отходы (норма на­грузки — 400 т/га), а затем запахивают. Полная минерализация органических

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

Наиболее распространенными являются биотермические методы, отвеча­ющие всем указанным требованиям, а именно обезвреживание твердых бы­товых отходов на полях компостирования, усовершенствованных свалках, в биотермических камерах, а также ускоренные индустриальные методы био­термического обезвреживания в установках фирмы "Дано", многоэтажных фер­ментационных башнях, биотенках, метод капиллярной сушки и др.

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

Биотермическое обезвреживание позволяет решить две задачи: 1) разло­жить 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 кис­лорода воздуха, синтезировать новое устойчивое и безопасное в санитарном отношении вещество — гумус; 2) уничтожить вегетативные формы патоген­ных 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 продук­ты 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 угле­водов проникнуть не могут, а проникают лишь их составные части в виде ами­нокислот, глюкозы, жирных кислот и пр. Такие простые соединения составля­ют почти 30% органических веществ бытовых отходов. Именно они проникают внутрь микробной клетки через ее оболочку и могут использоваться как энер­гетический и пластический материал. Таким образом, биотермический процесс обезвреживания отходов начинается с того, что аминокислоты, глюкоза, жир­ные кислоты животного и растительного происхождения, содержащиеся в отхо­дах, используются некоторыми микроорганизмами как пластический и энерге­тический материал. В результате указанного процесса выделяется энергия, и температура отходов повышается до 40—45 °С. Именно поэтому I фаза биоте­рмического процесса обезвреживания отходов получила название фазы повы­шения температуры, а микроорганизмы, которые инициируют этот процесс, — мезофилов.

Схематически / фазу биотермического обезвреживания

Когда температура отходов достигает температурного максимума мезофи- лов (40—45 °С), мезофилы отмирают, и начинается интенсивное развитие дру­гого вида микроорганизмов, с другим температурным максимумом (75 °С), т. е. термофилов. С гигиенической точки зрения эта фаза биотермического про­цесса представляет наибольший интерес. В ней разложение сложных органи­ческих 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 исполь­зуют как пластический и энергетический материал, что обусловливает увели­чение 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 получи­ла 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 ускоренных методах биотермической пе­реработки) до 3—4 нед, а иногда и от нес­кольких месяцев до 1 года (при естествен­ных методах).

В нагретой в результате жизнедеятель­ности термофилов массе отходов при тем­пературе 70—75 °С гибнут микроорганиз­мы, в том числе патогенные и условно-па­тогенные, яйца гельминтов, яйца и личин­ки мух, семена сорняков. При повышении температуры до 75 °С и ограничении ко­личества органических веществ отходов (вследствие разрушения и использования микроорганизмами) размножение термофи­лов замедляется, и они начинают отмирать.

Наступает /// фаза биотермического процесса. Отмирание термофилов со­провождается 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.

Поиск по сайту: