Управление на органични отпадъци

Нарастването на световното население неизбежно води до увеличаване потреблението на ресурси, което, от своя страна, е пряко свързано с количеството на генерираните отпадъци. Адекватното управление на отпадъците е едно голямо предизвикателство пред съвременното общество. Решенията, които се взимат в тази област, директно въздействат върху здравето на човека и върху качеството на околната среда. Именно поради тази причина е необходимо да се вземат навременни, добре обмислени и последователни мерки в посока намаляване количеството на генерираните отпадъци и тяхното разумно управление.

Текст: списание Инфрабилд

Твърдите битови отпадъци са важен екологичен проблем за нашата страна. Управлението им е сложен процес, който ако не се осъществява правилно води до проблеми, произтичащи от замърсяването на основните компоненти на околната среда /въздух, води, почви/ и чрез тях въздейства на качеството на живота на хората и развитието на екоситемите. Йерархията при управлението на отпадъците, която е въведена в Европейския съюз, служи като обща насока и определя следните основни направления: предотвратяване на образуването на отпадъци; минимизиране на количеството на образуването на отпадъци и особено намаляване на количествата на генерираните отпадъци с опасни свойства; повторна употреба - използване на продукти и изделия или на части от тях отново за същите или други цели; рециклиране - преработване на компоненти от отпадъците за производството на същия или различен продукт; оползотворяване - извличане на полза от отпадъците чрез прилагане на специфични технологии като компостиране, получаване на енергия или прилагане на интегриран подход на третиране с цел реализиране на няколко ползи - възстановяване на суровинен и енергиен ресурс; депониране - този начин на третиране следва да се прилага едва когато са изчерпани другите възможности за третиране и за случая няма друго подходящо решение.

В България, чрез закона за управление на отпадъците, се регламентира следната йерархия за управлението на отпадъците: първи приоритет - предотвратяване на образуване на отпадъците; втори приоритет - оползотворяване на отпадъците, чрез рециклиране, компостиране, повторно използване и/или извличане на вторични суровини и енергия; трети приоритет - окончателно обезвреждане, чрез депониране или изгаряне на тези отпадъци, за които е невъзможно да бъдат предотвратени и/или оползотворени.  Независимо, че в страната в последните години се активизираха конкретните действия във всички приоритетни направления, има определена необходимост от практически действия, за да могат да бъдат постигнати амбициозните цели за изпълнение на приетата Стратегия за опазване на околната среда. 

Нарастването на населението на планетата и непрекъснатото повишаване на потреблението превърнаха проблема с битовите отпадъци в глобален. Използваните в миналото практики за смесено депониране на всички компоненти на битовите отпадъци не удовлетворяват съвременните изисквания, защото това не спира процесите на разлагане на биоразградимите компоненти и на извличане на разтворимите компоненти с инфилтрата от депата. Това определя опасността от замърсяване на въздушния басейн с различни замърсители, включително парникови газове и опасността от замърсяване на повърхностните и подземни води. Освен повърхностен замърсител на градската среда и извънградските територии, отпадъците се явяват източник на замърсяване и на почвата - в местата на тяхното депониране. Патогенните микроорганизми в отпадъците са жизнеспособни за относително дълъг период от време, поради което те са носители на много инфекциозни заболявания.

Освен това, в местата на натрупване, при ограничен достъп на въздух се развиват процеси на гниене с отделяне на вредни газове: сероводород, амоняк, метан, въглеродни оксиди и други. Запалването на отпадъци по сметищата води до замърсяване на атмосферата с прах, вредни ароматни съединения, оксиди на азота и сярата и устойчиви органични замърсители. Проблемът се задълбочава при смесеното депониране на битови, опасни и производствени отпадъци. От друга страна, както в глобален мащаб, така и в страните от Европейския съюз, нараства дефицитът на суровинни и енергийни ресурси. Именно това наложи преоценка на политиката при управление на отпадъците и доведе до бързо развитие на технологиите за използване на компонентите на битовите отпадъци като суровинен и енергиен ресурс. Генерираните битови отпадъци в последните двадесет години нарастват с устойчив темп, а прилаганите техники досега са основно депониране.

Намаляването на количествата на генерираните отпадъци е един от основните приоритети. Успешните дейности в тази посока изискват значително по-високо ниво на техники при опаковането на стоките от производителите и съответно по-високо съзнание и стимули за потребителите. Промяната на покупателните навици и нагласи на потребителите е един по-продължителен процес. Предприемането на действия за подобряване в тези насоки ще доведе в крайна сметка до едно значително намаляване на общото количество отпадъци. Редуцирането на потока от отпадъци ще позволи да се използват инсталации с по-малък капацитет при тяхното транспортиране и третиране и ще позволи да се намалят и началните инвестиционни и експлоатационни разходи. Разделното събиране, максималното рециклиране и оползотворяване на отделните компоненти на отпадъците ще подобри суровинните и енергийни баланси.

Органични отпадъци

Органичните отпадъци са източник на сериозни екологични проблеми и опасност за здравето на човека и природата. Биоразградимите отпадъци представляват две трети от общия поток на отпадъците. При депонирането им се създават условия за образуване на газове, предизвикващи глобалното изменение на климата, известни като парников ефект. Биоразградимата част от битовите отпадъци може да се преработи в продукти, които са безвредни за здравето на хората и екосистемите, освен това са ресурс за повишаване плодородието на почвата и подобряване на нейната структура. 

Биоразградими са онези отпадъци, които се разграждат аеробно (при наличие на кислород) и анаеробно (при липса на кислород), при което органиката се превръща в минерални соли. Биоразградимата част от отпадъка съставя 65 – 75% от него. Органичните отпадъци, като например хранителни или от селскостопанското производство, имат обща характеристика, която ги различава от останалите битови отпадъци – в тях бързо се разграждат органичните компоненти. В природата, разградените вещества под формата на минерални соли се усвояват от почвата, като по този начин възстановяват плодородието й. От този естествен цикъл зависи целият живот на планетата. Когато биоразградимите отпадъци се отделят от битовите отпадъци и се оставят да се разлагат в аеробна среда, те се превръщат в хумусоподобен материал, наричан “компост”. 

Ако органичните отпадъци са смесени с общата маса отпадъци, както това става на депата за битови отпадъци, този естествен процес на разграждане може да причини сериозни екологични проблеми. Липсата на достатъчно кислород между слегналите се пластове от отпадъци води до анаеробно разлагане. То се извършва от друг тип микроорганизми като се получават странични продукти: метан, сероводород, амоняк и токсичен инфилтрат. Метанът е силно отровен, парников газ, а инфилтратът при проникването си в почвата може да замърси подпочвените води. Инсталирането на съоръжения за улавяне на газа и събиране на инфилтрата е много скъпо. Доказано е, че депата за битови отпадъци представляват опасност за здравето на човека и на екосистемите. Основните възможности за екологосъобразно управление на органични отпадъци са компостиране и ферментация.

Kомпостиране

Компостирането е екзотермичен процес, при който органичните субстрати се подлагат на аеробна биодеградация от смесена микробна популация в условия на повишена температура и влажност. В процеса на биодеградацията органичният субстрат претърпява физично и химично превръщане с образуването на стабилен хумифициран краен продукт. Този продукт е ценен за селското стопанство като органичен тор и като средство за подобряване структурата на почвата. Хумифицираните продукти бързо влизат в равновесие с екосистемата в която са внесени и не предизвикват сериозни нарушения в нея, както това се наблюдава при внасяне на непреработени органични отпадъци. Сред отпадъците, които се компостират спадат хетерогенната градска смет (смес от органични и неорганични компоненти), хомогенните фекални маси от животински ферми, отпадъци от растениевъдството, активна кал и др.

В процеса на компостиране се удовлетворява потребността от кислород, органичните вещества преминават в по-стабилна форма, отделя се въглероден диоксид и вода, а температурата нараства. В естествени условия биодеградацията протича бавно, на повърхността на земята, при температурата на околната среда и предимно аеробно. Естественото разлагане на органиката може да се ускори ако преработваният субстрат се събере на купчини, което позволява да се съхрани част от топлината отделяна при ферментациите. Именно този ускорен процес е компостирането. Важни параметри на процеса са отношението въглерод/азот и мултидисперсността на субстрата, необходима за нормалната аерация. 

Фекалните животински маси, активният ил и много растителни отпадъци имат ниско съотношение въглерод/азот, висока влажност и лошо се подават на аерация. Те трябва да се смесват с твърд материал (пълнител), сорбиращ влагата, който обезпечава допълнителен въглерод и нужната за аерирането структура на сместа. Най-добрият пълнител се явява сламата, но може да се добавят листа, стърготини и други.  Когато органичните отпадъци се събират за компостиране, благодарение на изолационното действие на субстрата се получава съхранение на отделената от активността на микроорганизмите топлина, при което температурата нараства. 

Същност на процеса компостиране

Процесът на компостиране се разделя на четири стадия: мезофилен; термофилен; изстиване и съзряване. В началото на процеса отпадъците се намират при температурата на околната среда, рН в тях е слабо кисело. В началният мезофилен стадий микроорганизмите, присъстващи в отпадъците започват бързо да се размножават, температурата се повишава до 40°С и средата се подкиселява за сметка на образуването на органични киселини. При температура 40°С мезофилите загиват, а термофилите започват да преобладават. Вследствие на това температурата се повишава до 60°С, при която гъбите умират. При температура по-голяма от 60°С биодеградацията продължава от спорообразуващите бактерии и термоактиномицетите, като рН става алкално поради отделеният амоняк от белтъците. По време на термофилната фаза най-лесно усвояемите субстрати като захари, нишесте, белтъци и мазнини бързо се изчерпват и скоростта на реакцията започва да пада след като в нея се въвличат по-устойчиви субстрати.

Скоростта на топлоотделяне става равна на скоростта на загуба на топлина, което съответства на температурата за достигане на температурен максимум. Следва изстиване на компоста. Често при компостиране на стари отпадъци се наблюдават няколко температурни максимума. След температурният максимум разбъркваната компостируема купчина е достигнала стабилно състояние. Лесноусвоимите съединения вече са разградени, основната потребност от кислород е удовлетворена, компостираният материал престава да привлича мухи и паразити и не мирише на лошо, защото леснодостъпните азот и сяра са свързани в новообразуваните микробни тела. По време на изстиването рН бавно пада, но остава алкално. Термофилните гъби от по-хладните зони отново обхващат целият обем и заедно с актиномицетите усвояват полизахаридите, хемицелулозата и целулозата като ги разрушават до монозахариди, които се използват от широк кръг микроорганизми. Скоростта на топлоотделяне става много малка и температурата спада до тази на околната среда. 

Първите три стадия на компостирането (мезофилен, термофилен и изстиване) протичат много бързо - за дни или седмици, в зависимост от типа на използваната система за компостиране. Заключителният етап - съзряване, през който загубите на маса и топлина са малки, продължава няколко месеца. През този стадий протичат сложни реакции между остатъците лигнин и отпадъчните белтъчини на умрелите микроорганизми, водещи към образуване на хуминови киселини. Компостът не се загрява, в него не протичат анаеробни процеси при съхранение, той не отнема азот от почвата при внасяне в нея. Крайното му рН е слабоалкално. Най-подходящата максимална температура е 55o-60oС, защото по-високите температури потискат повечето микроорганизми и процесът се забавя. От друга страна, при 60oС се унищожават патогенните микроорганизми.

Системи и съоръжения за компостиране

Съществуват редица видове системи за компостиране, които, обаче, представляват разновидност на шестте основни: система на открито в редове, система на закрито, система с открити клетки, система с контейнери, компостиране в „тунел”, затворена инсталация за компостиране с автоматично обръщане. Съоръженията и инсталациите за компостиране т.е. за обезвреждане на битови отпадъци чрез биологичното им разлагане, предлагат различни технически решения, базирани на процеси като: имобилизация, окисление, редукция, привеждане в разтворими форми, привеждане в летливи форми и абсорбция до получаване на компост.

Съоръженията, които се използват в процеса на компостиране, могат да се разделят в седем групи. Машини за: смилане, сепариране, изстискване, смесване, разбъркване, сортиране и пакетиране. Изборът на системи и съоръжения за компостиране се определят в зависимост от вида, състава и количеството на отпадъците, както и от предназначението на готовия компост. За осигуряване на надеждна експлоатация и опазване на околната среда по отношение на системите и съоръженията, прилагани при компостирането на битови отпадъци, се изисква стриктно спазване на законодателството в тази област.