Решение экологических проблем при утилизации твердых органических отходов

Переработка и обеззараживание органических бытовых и промышленных отходов - актуальная экологическая проблема для многих городов России. Захоронение и накопление этих отходов на полигонах являются опасными тенденциями их утилизации. Известно, что твёрдые органические отходы размещаемые без должной биологической и/или химической обработки на открытом воздухе наносит ущерб экологии и здоровью человека [1], иногда ухудшая эпидемиологическую обстановку в местах размещения отходов. Это токсичная субстанция, подлежащая регулярному удалению и обезвреживанию.

Утилизация бытовых и промышленных отходов - последняя ступень действий с отходами: сбора, сортировка и утилизация. Известные методы обезвреживания отходов делятся на ликвидационные (решают санитарногигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики).

Выделяют биологические методы (разрушение органической части микроорганизмами), термические (сжигание на мусороперерабатывающих предприятиях, пиролиз), химические (гидролиз), механические (прессование с применением связующих на полигонах) и др.

Выбор метода для конкретного состава отходов и их объёмов зависит от местных условий и осуществляется на основе технико-экономического сравнения вариантов.

К часто используемым способам утилизации органических отходов относятся биоэнергетические методы. С помощью этих методов можно получить биогаз, который, впоследствии, можно сжигать в специализированных топливных установках, а тепло использовать для отопления теплиц, дач, загородных коттеджей и др.

Наряду с биоэнергетическими методами известны и другие технологии переработки отходов, при которых не наносится вред окружающей среде.

Проблемой, на решение которой направлены наши исследования, является разработка метода утилизации отходов в дисперсной системе почвы, что в перспективе обеспечит её устойчивую эволюцию, обеспечит рециклинг в природе здоровой высокоплодородной почвы, её биологическую продуктивность. Предполагается поиск новых, конкретизированных методов и биолого-почвенных предпосылок синтеза плодородной почвы, с одновременным решением проблемы утилизации органических отходов, и следующих из этого приемов оптимизации круговорота питательных веществ и воды, сохранения и накопления гумуса, обеспечения урожайности сельскохозяйственных культур и биологического продукта биосферы в целом.

При решении проблемы по утилизации твердых органических отходов необходимо исследовать и разрабатывать различные методы и подходы их утилизации и обеззараживания включая поиск и разработку методов их полезного применения. Действительно, словосочетания «органические отходы» и «органические удобрения» отражают сущность подхода по наиболее эффективному использованию органических отходов в качестве удобрения почвы.

Нами разрабатывается и исследуется метод дозированного размещения частичек органических отходов в почву. Этот метод включает четыре этапа:

• 1.    Дисперсное измельчение твердых органических отходов;

• 2.    Перемешивание измельчённых отходов с «живой» почвой;

• 3.    Размещение полученной смеси в подпокровный слой почвы;

• 4.    Естественный биологический процесс преобразования отходов в органическое удобрение почвы бактериями и живыми организмами почвы, под действием природных микробиологических, физических и химических процессов.

Учёные почвоведы считают [2], что органические бытовые и промышленные отходы могут послужить эффективным сырьём для повышения плодородия почвы. Такой подход исследуется в Институте плодородия почвы Юга России [2,3] совместно с учеными Донского государственного аграрного университета [3]. Для размещения твердых органических отходов в почву, нами предлагается использовать сельскохозяйственные машины, разработанные для щелевания почвы [4], дополненные устройствами подачи смеси почвы с измельченными отходами. При этом, нами планируется исследовать два способа закладки рассматриваемой смеси на определенную глубину земли. Первый – использовать пневматическую систему подачи отходов на глубину закладки в область фрезерования слоя почвы.

Второй метод – использовать гидравлический способ закладки, создавая перед закладкой жидкую консистенцию смеси отходов, почвы и воды; использовать для этого пульповые насосы.

Очевидно, что для изучения и реализации разрабатываемого метода целесообразно разработать агрегат, объединяющий все необходимые функции машины для утилизации твердых органических отходов.

Авторами для реализации разрабатываемого метода предлагается использовать известную сельскохозяйственную машину, в которой имеются два исполнительных органа - дисковая фреза и подпокровный роторный рыхлитель - смеситель [4]. Ось вращения дисковой фрезы расположена ниже верхнего уровня обрабатываемой почвы. Схема исполнительного органа такой машины приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 -Схема исполнительного органа.

1-ведущая шестерня, 2-опорная шестерня, 3 - ёмкость для приёма грунта, 4-роторный щелерез, 5- диск щелереза, 6 -центрирующая шестерня, 7-ведомая шестерня

От вала двигателя через конические шестерни момент вращения передаётся на приводную шестерню 1, далее момент вращения предаётся на диск роторного щелереза.

Исполнительный орган машины для щелевания и фрезерования подпокровного слоя почвы содержит два дисковых щелереза, расположенных вертикально и симметрично относительно оси хода движения машины, механически связанных с валом отбора мощности от основного двигателя ходовой части машины. Дисковый щелерез соединен по плоскости с кольцевым щелерезом, который снабжен наружными режущими органами. Перед каждым режущим органом выполнена емкость для сбора отделенного грунта. Боковые поверхности этих ёмкостей одновременно образуют впадину для зацепления зубчатого привода на внешней стороне кольцевого щелереза. Подробное описании и принцип работы такой машины приведён в описании патента [5].