Технология утилизации древесно-растительных отходов городской среды для рекультивации земель

Соломина, Оксана Игоревна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Технология утилизации древесно-растительных отходов городской среды для рекультивации земель
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Технология утилизации древесно-растительных отходов городской среды для рекультивации земель"

На правах рукописи

Соломина ОКсана Игоревна

Технология утилизации древесно-растительных отходов городской среды для рекультивации земель

Специальность: 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва- 2004 г.

Работа выполнена на кафедре «Организации и технологии строительства объектов природообустройства» Московского государственного университета природообуст-ройства.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Сметанин В.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Маммаев З.М.

кандидат технических наук, доцент Сухарев Ю.И.

Ведущая организация:

ПО «Совиптервод»

Защита состоится «28» октября 2004 г. в «10®®» часов на заседании диссертационного совета Д 006.038.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова по адресу: Б. Академическая ул., д. 44, ком. 504.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова.

Автореферат разослан «16» сентября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Е.Л. Ворожцова

¿№£11 у&г/г

2/у/ '¿Х-Ь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одной из значимых проблем городов является загрязнение окружающей среды, о чем объективно свидетельствует угнетенное состояние зеленых насаждений. Заболевания растений в городе могут быть вызваны как недостатком элементов питания, так и избытком элементов техногенного загрязнения почв (тяжелые металлы, битумно-асфальтовые смеси, сажа, нефтепродукты, бытовой и промышленный мусор). Для обеспечения экологической безопасности городов загрязненные территории требуют проведения мероприятий по их реабилитации.

В настоящее время для обеспечения проведения работ данного вида в Москву ежегодно завозится более 1 млн.м3 растительных грунтов и 10 млн.м3 минерального грунта, в то время как в городском лесопарковом хозяйстве при проведении ежегодных сезонных работ по уходу за зеленными насаждениями образуется большое количество древесно-растительных отходов (около 100 тыс.м3): скошенная трава, опавшая листва, ветки от обрезки и древесина от валки деревьев. Эти отходы захоранивают на свалках и полигонах ТБО, тогда как существует возможность получения из них ценного компоста пригодного для формирования газонов, спортивных сооружений, а также при рекультивации нарушенных земель.

Цель н задачи исследований:

Целью исследований является разработка технологии утилизации древесно-растительных отходов городской среды для рекультивации земель.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать объемы образования и состав отходов городского лесопаркового хозяйства, возможность вовлечения в круговорот их органического вещества.

2. Определить целесообразность переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост, а также эффективность применения продукта переработки при создании рекультивационного слоя в условиях городской среды.

3. Определить условия и параметры технологического процесса компостирования древесно-растительных отходов, позволяющие получить высококачественное органическое удобрение - компост и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды.

4. Разработать рекомендации по промышленной биотермической переработке древесно-растительных отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования.

5. Определить рациональный объем переработки отходов лесопаркового хозяйства, количество перерабатывающих предприятий, места их расположения и маршруты перевозок.

6. Определить эколого-экономическую и мелиоративную эффективность утилизации древесно-растительных отходов в условиях городской среды.

Поставленные задачи достигались:

- теоретическими исследованиями целесообразности переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост;

- исследованием объемов образования и состава отходов городского лесопаркового хозяйства;

- изучением существующих систем утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства;

- изучением и выбором технологии утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства;

- проведением исследований по обоснованию технологических параметров и условий компостирования древесно-растительных отходов:

• состав древесных и растительных отходов,

• состав и количество удобрений,

• влажность и температура компостируемой массы,

• аэрация в различные сезоны года;

- исследованием переработки и компостирования порубочных остатков в промышленной зоне «Котляково»;

- исследованием применения компоста при создании рекультивационного слоя в условиях городской среды;

- разработкой программного комплекса, определения рационального объема переработки отходов лесопаркового хозяйства, количества перерабатывающих предприятий, мест их расположения и маршрутов перевозок;

- разработкой программного обеспечения по определению эколого-экономической и мелиоративной эффективности утилизации древесно-растительных отходов в условиях городской среды.

Научная новнзна

Обоснована целесообразность переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост.

В результате исследований определены условия и параметры технологического процесса компостирования древесно-растительных отходов, позволяющие получить высококачественное органическое удобрение - компост и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды.

Разработаны рекомендации по промышленной биотермнческой переработке древесно-растительных отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования.

Разработан программный комплекс определения рационального объема переработки отходов лесопаркового хозяйства, количества перерабатывающих предприятий, мест их расположения и маршрутов перевозок и программное обеспечение по определению эколого-экономической и мелиоративной эффективности утилизации древесно-растительных отходов в условиях городской среды.

Практическое значение и внедренне результатов работы: Использование результатов диссертационной работы позволяет экономически эффективно решить актуальные экологические задачи, стоящие перед городом:

• уменьшить объем вывоза отходов на полигоны;

• уменьшить объем завоза растительных грунтов и удобрений для нужд города;

• увеличить срок службы полигонов;

• использовать отходы лесопаркового хозяйства в качестве вторичного ресурса городского хозяйства;

• уменьшить стоимость рекультивации техногенно-загрязненных почв в условиях городской среды.

Результаты диссертационной работы использованы при производстве опытно-промышленной партии компоста из древесно-растительных остатков городского хозяйства на территории производственного управления «Котляково» (ГУЛ «Экотех-пром»). Внедрены в Компостном центре ГУЛ «Экология» г. Самары. Акты внедрения имеются.

Экологические задачи, решаемые в диссертационной работе.

• Комплексный подход и долговременное решение создания рекультивации земель в условиях городской среды и утилизации отходов лесопаркового хозяйства города.

• Внедрение оборота отходов лесопаркового хозяйства в пределах города.

• Сохранение плодородных почв (снижение потребности города в завозе почвы, торфа и сапропеля).

• Снижение нагрузки на полигоны захоронения ТБО и повышение безопасности их эксплуатации.

• Снижение негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду в результате уменьшения грузопотоков ТБО.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование целесообразности переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост.

2. Рекомендации по промышленной биотермической переработке древесно-растительных отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования, позволяющие получить высококачественное органическое удобрение -компост и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды.

3. Программный комплекс определения рационального объема переработки отходов лесопаркового хозяйства, количества перерабатывающих предприятий, мест их расположения и маршрутов перевозок.

4. Программное обеспечение по определению эколого-экономической и мелиоративной эффективности утилизации древесно-растительных отходов в условиях городской среды.

Апробация работы.

Основные материалы работы докладывались на 5-ой, 6-ой, 7-ой и 8-ой международных конференциях «Проблемы управления качеством окружающей среды» -Москва, 2000-2003 гг., научно-технической конференции Московского государственного университета природообустройства, 2001 г.

На основании проведенных исследований разработаны «Рекомендации по промышленной биотермической переработке древесно-растительных отходов лесопаркового хозяйства Москвы методом полевого компостирования», рассмотренные, одобренные и рекомендованные Научно-методическим советом по вопросам озеленения города при Департаменте жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства города Москвы для использования хозяйственными и озеленительными организациями города.

Публикация результатов. Материалы диссертации изложены в пятнадцати публикациях в виде материалов и статей.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 36 таблиц, выводы, 124 наименования литературных источников, 12 приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность проблемы и сформулирована цель исследований.

Первая глава посвящена теоретическим исследованиям переработки отходов городского лесопаркового хозяйства. Исследован состав и объемы образования дре-весно-растительных отходов в городском хозяйстве Москвы. Изучены существующие системы и методы утилизации данного вида отходов следующих авторов: Абрамова Н.Ф., Богоявленского Р.Г., Букреева Е.М., Варфоломеева Л.А., Должникова Н.Ф. и др.

При плановом уходе за зелеными насаждениями города (подрезка или вырубка сухих и травмированных деревьев и кустарников; скашивание трав; сбор опавшей листвы в осенний сезон года и т.д.) образуется около 100 тыс.м (18 тыс.т) древесно-растительных отходов (ДРО), из них 60%- порубочные остатки и 40% - скошенная трава и опавшая листва. В настоящее время ДРО городского лесопаркового хозяйства собирают в кучи, а затем захоранивают на полигонах ТБО и несанкционированных свалках города и области. При этом питательные вещества (И, Р, К и др.) усвоенные растениями, изымаются из оборота питательных веществ в почвах городских территорий.

Основное количество ДРО образуется два раза в год при проведении сезонных работ по уходу за насаждениями: весной и осенью. Как правило, в это же время года производят посадку растений и другие работы, связанные с обработкой почвы и улучшением ее свойств. Следовательно, предприятие по переработке ДРО должно использовать технологический процесс, обеспечивающий цикл переработки и выхода готовой продукции, совпадающий с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями.

Химический состав древесно-растительных отходов городского хозяйства характеризуется следующими показателями (табл. 1).

Таблица 1.

Химический состав древесно-растительных отходов

Показатель Древесные отходы Растительные отходы

Органическое вещество, % 99 98

Азот, мг/кг 53 2250

Фосфор, мг/кг 244 500

Калий, мг/кг 1221 2500

РН 7,7 4,9-5,2

Результаты атомно-абсорбционного анализа показали, что уровень содержания тяжелых металлов в растительных пробах не превышает ПДК по всем анализируемым веществам (табл. 2).

Таблица 2.

Элемент Класс Содержание в пробах, ОДК.ПДК

опасности мг/кг (валовое содержание), мг/кг

Ав 1 0,4-1,2 2

Нв 1 0,15-0,45 2,1

С(1 1 0,9-1,6 2

1п 1 71-200 220

РЬ 1 8-110 130

Си 2 21-110 132

Мп 3 60-330 1500

Анализ существующих технологий утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства с учетом технико-экономических и экологических факторов показал, что наиболее рациональным для Москвы методом утилизации ДРО является метод полевого компостирования в штабелях.

Вторая глава. Теоретические исследования биотермической переработки отходов в компост позволяют говорить о возможности регулирования процесса компостирования.

С целью проведения экспериментальных исследований по компостированию ДРО была изготовлена полупромышленная установка полевого метода компостирования отходов на территории отдела санитарной очистки городов и утилизации отходов Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, представляющая собой насыпной штабель предварительно подготовленных древесных и растительных отходов лесопаркового хозяйства.

Штабель отходов имел следующие параметры: длина - 22,5 м, ширина -5,5 м и высота - 2,2 м. Форма общего штабеля в поперечном сечении представлена на рис. 1.

1 - перегородки раздела секций штабеля; 3 - термометры ртутные;

2 - система аэрирования штабеля; 4 - воздухозаборные трубки для анализа газов.

Рис. 1. Поперечный разрез экспериментального штабеля.

Штабель оборудован системой аэрации, состоящей из 7 участков перфорированных труб диаметром -100 мм, запорными устройствами для регулирования подачи воздуха в слой отходов, напорной магистралью, электронагревательным элементом для подогрева аэрирующего воздуха и двух вентиляторов высокого давления марки Ц10-28.

Данная система аэрирования позволяет обеспечить:

- дозированную подачу воздуха;

- автономную подачу воздуха в определенную часть штабеля;

- два режима степени подачи воздуха: работа одного или пары вентиляторов на напорную Магистраль;

- ступенчатый нагрев воздуха в интервале от 20 до 60°С.

Исследования по компостированию ДРО проводились в два этапа:

1. Закладка штабеля ДРО с соотношением компонентов, фактически образующимся в Москве в весенне-летний сезон года.

2. Закладка штабеля ДРО с соотношением компонентов, фактически образующимся в Москве в осенний сезон года.

Результаты исследований во многом зависят от полноты и разнообразия данных для обобщения и анализа. В данном случае, для интенсификации процесса компостирования и обогащения получаемого продукта переработки, при внесении минеральных удобрений принято соотношение карбамида и двойного суперфосфата 1,5:1.

Площадь укладываемого штабеля разделена на 3 секции, которые отгорожены друг от друга поперечными непроницаемыми перегородками. В эти секции при складировании отходов внесено соответственно 2, 4 и 6 % минеральных удобрений на общую массу дробленных ДРО.

Формирование штабеля в каждой секции производили послойно: слой дробленых древесных отходов, слой травы и внесение расчетного количества минеральных удобрений.

Укладку штабеля производили без применения механизации - вручную, дозировка - при помощи мерных емкостей.

По окончанию формирования штабеля секции были оборудованы термометрами с длинными тубусами для измерения температур в теле штабеля. '

Одновременно каждая секция оборудована газо-отборными трубками.

Физико-химические показатели древесно-растительных отходов в исходном материале и в процессе их компостирования определяли в лабораторных условиях на специализированном оборудовании Академии коммунального хозяйства. Анализ газовой среды в компостируемом слое выполнялся методами газоадсорбционной и газожидкостной хроматографии.

Фактическую насыпную массу измеряли при формировании штабеля. Средний показатель насыпной массы дробленых древесных отходов составил 223 кг/м3, а травы - 140 кг/м3. Насыпная плотность смеси компонентов отходов составила 190 кг/м .

Плотность отходов в сформированном штабеле определяли исходя из массы уложенных отходов и геометрических размеров штабеля после его естественного самоуплотнения. Когда было визуально установлено, что высота насыпки по мерной рейке понизилась с 2,2 до 1,8 м, расчетная плотность составила 330 кг/м3 (по прошествии 10-12 дней с момента закладки).

Далее, в течение последующего календарного месяца высота насыпки снизилась до 1,5 м, расчетная плотность достигла 350 кг/м3. В процессе компостирования при распаде органического вещества происходит диспергирование материала и его плотность увеличивается.

Плотность зрелого компоста оптимального фракционного соста'ва - свыше 600

кг/м3.

На ранних стадиях биотермического окисления подачу воздуха ограничивают для того, чтобы достичь максимальной температуры смеси. Затем ее увеличивают для

обеспечения подсушивания компостируемой массы, однако при этом увеличивается количество отводимого тепла.

В процессе проведения экспериментов достигнут нормально протекающий процесс в штабеле весенне-летней закладки: саморазогревание и разложение органического вещества началось через 3-5 дней после формирования штабеля. Температура компостной массы повысилась до 56-61°С, удерживалась на этом уровне несколько недель, а затем снизилась до 42-45°С и сохраняется в течение нескольких месяцев. В последующий период компостирования температура в штабелях составила 30-35°С (рис. 2). 70 60

" 50 &

р 40 130 | 20 10 0

0 20 40 60 80 100 120

Продолжительность компостирования, дни

* Секши 1 И Секция 2 4 Секция 3 |

2. График изменения температуры древесно-растительных отходов при их компостировании.

Температурные кривые показывают, что биохимический процесс компостирования древесно-растительных отходов не имеет строго выраженной тенденции снижения своей интенсивности. Отмечены периодические спады-подъемы биохимической активности микрофлоры в компосте за счет перераспределения питательных веществ, под воздействием аэрации и увлажнения.

Характерным показателем является и то, что несмотря на сравнительно небольшую высоту штабеля после естественного его самоуплотнения (около 1,5 м), среднесуточные температуры воздуха ниже - 10°С не оказали негативного влияния на процесс компостирования без проведения каких-либо мероприятий по утеплению штабеля тентами или дополнительным подогревом воздуха для аэрации.

Результаты газового анализа подтвердили, что диоксид углерода является основным газообразным продуктом жизнедеятельности аэробных микроорганизмов в процессе компостирования древесно-растительных отходов. Динамика соотношения кислорода и диоксида углерода при компостировании для различных секций штабеля показана на рис. 3, откуда видно, что в первые дни компостирования концентрация С02 была наибольшей в слое (5,47- 5,95) с максимальной дозировкой внесенного азота. Со временем, в процессе компостирования, концентрация СО2 в слое снизилась во всех секциях штабеля, причем степень снижения была различной в зависимости от количества внесенной в слой мочевины. Так, на 40 день компостирования наиболее

I' ■----

ш 1

значительно снизилось содержание С02 в 3 секции штабеля (до 1,32 %), а максимальная величина концентрации С02 была отмечена во второй секции (2,64 %).

Наличие метана лишь в виде микропримесей (до 1,93*10"2%) указывает на аэробный характер процесса и отсутствие застойных (анаэробных) зон. Достаточно высокое содержание аммиака (до 0,27 %) свидетельствует об интенсивном процессе аммонификации на протяжении всего периода исследования.

Наряду с газообразными веществами присутствует незначительное количество органических кислот - молочной, муравьиной и уксусной (до 7,4 10'3% или 199,1 мг/м3), этилового спирта (до 1,7710"2% или 163,9 мг/м), ацетона (1,49 10'3% или 38,8 мг/м3), углеводородов С2 - С1' (до 50,3 мг/м3).

Высокие температуры в слое в сочетании с достаточно интенсивным выделением С02 указывают на высокую биологическую активность компостируемой массы. Вместе с тем наличие в газообразной среде более 15 - 19,5 % кислорода указывает на его избыток в слое. Таким образом, аэрация штабеля за счет естественной конвекции создает излишний воздухообмен, что в значительной мере увеличивает тепловые потери слоя. При этом из компоста выносятся водяные пары, что приводит к дополнительным тепловым потерям, а также к необходимости периодического до увлажнения слоя.

Обобщение экспериментальных данных компостирования Д]РО в весенне-летний период года показало, что наиболее значимым фактором биотермического процесса переработки отходов является их начальная средняя влажность. В ходе измерений установлено, что влажность исходных компонентов может изменяться в широких пределах: скошенной травы от 56 до 80 % и дробленых ДРО - от 32 до 64 %.

Периодические измерения влажности смеси растительных отходов в процессе их компостирования позволили определить фактические изменения данного показателя и оптимальный диапазон изменений: диапазон изменений по результатам измерений составил от 49 до 74 %; оптимальный диапазон при условии, когда некоторое увлажнение или подсушивание смеси вызывает повышение температуры компостной массы составляет 55-65 %.

Другим важным показателем успешного компостирования древесно-растительных отходов является подготовка компонентов отходов методом их измельчения. Натурные опыты автора показали, что дробленые древесные отходы крупностью более 30 мм являются трудноразлагаемыми, а при компостировании травы длина не должна превысить 70 мм в противном случае наблюдается неоднородность компостируемой смеси, возникновение застойных зон, значительная усадка слоев в штабеле и, как следствие, нарушение температурно-влажностного режима процесса компостирования.

В ходе экспериментов были использованы обогатительные минеральные добавки компоста из карбамида и двойного суперфосфата трех дозировок: 2, 4 и 6 % по массе. Сравнительный контроль результатов внесения удобрений производили на основе данных динамики температур в различных секциях штабеля (интенсивность процесса) и активности выделения газовой фазы при разложении органического вещества отходов. Результаты измерений сравнивали с лабораторными результатами по определению органического вещества в пробах отходов.

Анализ полученных результатов показал, что наилучшие температурные характеристики процесса были в секции, где добавки минеральных удобрений составили 4 % по массе. Здесь наблюдалось весьма активное развитие температур (рис. 2, секция 2), выделение диоксида углерода (рис. 3, кривая 3) и распад (окисление) орга-

нического вещества. Естественные потери органического вещества в первый месяц компостирования составили 12 %, во второй- 19-21 %, в третий - 25-27 % и далее до 30-32 %.

г?

а15

с »

§10 Е

X 5

Л *

1 0 и

♦ » » % » *

— • ♦ 1'

If L+*

40 60 80

Срок» компостирования, дни

100

120

' 1 - Среднее содержание кислорода в пробах

2 - Содержание диоксида углерода в пробах на 1-ой секции

3 - Содержание диоксида углерода в пробах на 2-ой секции

4 - Содержание диоксида углерода в пробах на 3-й секции

Рис. 3. Динамика соотношения кислорода и диоксида углерода в газовых пробах из компоста.

При этом в процессе компостирования и гумификации отходов происходили потери питательных веществ, используемые в биохимическом процессе: азота - 19-23 %, фосфора - до 45 % и калия -11-17%.

На втором этапе исследований производилась закладка древесно-растительных отходов осеннего сезона года в соотношении компонентов, фактически образующихся в Москве.

Для интенсификации процесса компостирования и обогащения получаемого продукта переработки произведено внесение минеральных удобрений азотного и фосфорного наполнения - карбамида и двойного суперфосфата в соотношении 1,5:1.

На основании ранее полученных результатов, исходя из наилучших температурных характеристик созревания компоста, при закладке осеннего варианта ограничились формированием одной секции с добавкой минеральных удобрений - 4% на общую массу.

Фактическую насыпную массу измеряли при формировании штабеля. Средний показатель насыпной массы дробленых древесных отходов составил 223 кг/м , а листвы - 180 кг/м3. Насыпная плотность смеси компонентов отходов составила 210 кг/м3.

Плотность отходов в сформированном штабеле определяли исходя из массы уложенных отходов и геометрических размеров штабеля после его естественного самоуплотнения. Когда было визуально установлено, что высота насыпки по мерной рейке понизилась с 2,5 до 2,0 м, расчетная плотность составила 360 кг/м3 (по прошествии 18-20 дней с момента закладки).

Далее, в течение последующего календарного месяца высота насыпки снизилась до 1,8 м, расчетная плотность достигла 410 кг/м3.

Плотность зрелого компоста оптимального фракционного составила 580-630

кг/м3.

Подачу воздуха регулировали для того, чтобы достичь максимальной температуры смеси.

В ходе проведения эксперимента установили рациональные условия аэрирования компостируемых древесно-растительных отходов. Непрерывная аэрация штабеля воздухом с температурой 15-22°С, также как и при весенне-летнем опыте, приводила к снижению температуры и влажности отходов внутри штабеля. Реабилитационный период после такой аэрации составлял 1-2 суток.

В процессе компостирования и гумификации отходов происходили потери питательных веществ, используемые в биохимическом процессе: азота -19-28 %, фосфора - до 45 % и калия -11-18 %.

Продоляаггельность компостирования, декада

♦ Температура в слое на глубине 1 м

_—Я— Температура в слое на глубине 1,5 м_

Рис 4. Динамнка изменения температур компостируемых древесно-растительных отходов осенне-зимнего заложення штабеля.

На основании проведенных экспериментов установлены рациональные условия и параметры технологического процесса компостирования древесно-растительных отходов, позволяющие получить высококачественное органическое удобрение - компост и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды:

> предварительное измельчение древесных отходов до крупности не более 30 мм;

> предварительное измельчение скошенных трав с получением сечки длиной до 70 мм;

> перемешивание компонентов древесно-растительных отходов;

> укладка отходов в штабель слоями 0,5-0,7 м (высота штабеля - не менее 2,5 м);

> орошение каждого слоя отходов до влажности не менее 55 %;

> внесение азотно-фосфорных удобрений (Р205:М2=1:1,5) из расчета 4 % по массе отходов (при необходимости орошения - раствор удобрений; при влажности смеси отходов около 65 % - в сухом виде);

> укрытие поверхности штабеля армированной полимерной пленкой;

>• механизированное ворошение компостной массы 1-2 раза в месяц;

> установка системы мониторинга (термометры, газозаборные трубки, пробоотборники).

Необходимость проведения каждой из технологических операций объясняется влиянием на процесс компостирования в целом.

Предварительное измельчение и перемешивание компонентов отходов позволяет получить более однородную и легкоразлагаемую смесь органических материалов. Плотность такой смеси 370-420 кг/м3; компоновка при укладке обеспечивает минимальные потери тепла внутри слоя отходов.

Послойная укладка смеси отходов позволяет равномерно вносить минеральные удобрения и увлажнять массу отходов. Вьтсота штабеля при формировании определяется общей осадкой слоя, которая достигает 20-30 %. При этом остаточная высота штабеля с учетом достижения некоторой критической массы не должна быть менее 1,5 м.

Орошение отходов оптимизирует влажностный режим окисления органического вещества и развитие аэробной микрофлоры.

Внесение минеральных удобрений улучшает химический состав компоста и компенсирует дефицит химических элементов, участвующих в биохимических преобразованиях.

Укрытие поверхности штабеля влагонепроницаемым материалом позволяет существенно сократить потери тепла и влаги при естественной конвекции воздуха в слое и при его аэрации. В летнее время создается парниковый эффект, способствующий интенсификации биохимического процесса.

Ворошение штабеля приводит к более быстрому нагреванию материала. В этих условиях дробленая масса освобождается от продуктов, тормозящих протекание аэробных процессов. Масса микроорганизмов в данном случае увеличивается и вступает в контакт с вновь возникающими продуктами питания.

Практика показывает, что начало саморазогрева растительных отходов, зависит от многих факторов и достигается на 3-17 сутки в зависимости от сезона года (зимой позже) и его автономное развитие осуществляется за счет биохимического потенциала компонентов отходов. В дальнейшем требуется искусственное поддержание процесса.

По результатам проведенных исследований рекомендуется поддерживать влажность отходов в пределах 55-65 % на общую массу; температуру в первый месяц компостирования не менее 50°С, в последующие месяцы 45-30°С.

Оптимальный интервал температур, при котором обеспечивается надежное обезвреживание и минерализация древесно-растительных отходов, должен лежать в приделах 60-65°С. Дальнейшее увеличение температуры нежелательно, так как, не отражаясь на технологическом режиме обезвреживания и переработки компостируемой массы, может привести к денитрификации и ухудшению агрохимических свойств готового компоста.

Мониторинг за компостированием отходов позволяет на ранних стадиях скорректировать рациональные условия проведения процесса за счет увлажнения и аэрирования.

При проведении мониторинга следует учитывать, что температура по высоте штабеля различна. Максимум значения, как правило, в средней части штабеля.

Оптимально развивающийся процесс биотермической переработки древесно-растительных отходов в компост в условиях штабеля завершается за четыре месяца. Степень разложения органического вещества составляет 30-35%.

Сравнительная оценка химического состава прокомпостированных древесно-растительных отходов с одноименными показателями других видов органических удобрений и питательных грунтов показала, что по содержанию питательных элементов полученная удобрительная смесь весьма близка опилкопометным компостам и мусороиловым удобрениям (табл. 3), но уступает им по содержанию общего калия.

Таблица 3.

Химический состав органических удобрений на основе компостов_

Наименование показателя Компост из ДРО Компост изТБО Мусоро-нловые удобрения Компост торфо-пометнын Компост ОПИЛКО- пометный Торфяной грунт Почвенный грунт

Влажность, % 45-50 50 55 70 70 55-60 65

Содержание органических веществ, % 65 40 47 45 43 80-85 36

Реакция среды рН 6,5 5,5-6,0 7,8 6,6 6,7 3-3,5 3-4

Содержание питательных элементов, г/кг в абс. сух. вещ-ве: -азот - фосфор - калий

25-30 12-15 0,8-1,2 5 4 3 19 11 10-12 27,6 24.6 13.7 20,3 14,0 8,7 26,2 0,61 0,89 0,3 0,3 0,4

В сравнении с торфяными и природными почвенными фунтами питательность компоста из древесно-растительных отходов значительно выше практически по всем основным показателям.

Для более детальной отработки технологии переработки ДРО в компост полевыми биотермическими методами была заложена опытная площадка в условиях приближенных к производственным. Площадка располагалась на территории производственного управления «Котляково» (ГУЛ «Экотехпром»).

Проведенные исследования по технологии процесса компостирования древесно-растительных отходов подтвердили ранее полученные результаты.

На основании проведенных исследований разработаны «Рекомендации по промышленной биотермической переработке древесно-растительных отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования», позволяющие получить высококачественное органическое удобрение и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды.

Основные параметры технологического процесса с учетом конструктивных предложений по организации промышленного метода компостирования древесно-растительных отходов приведены в таблице 4.

В таблице 5 приведены технологические рекомендации по производству работ, рекомендуемый к применению на предприятиях состав машин, механизмов и оборудования.

Таблица 4.

Основные параметры технологического процесса компостирования

Наименование показателей Количество

1. Геометрические характеристики штабеля:

1.1 Ширина по основанию, м не менее 6,0-7,5

1.2 Высота закладки с учетом естественной усадки, м 2,5-3,2

1.3 Заложение внешних откосов 1:0,5-1:0,75

2. Физические характеристики смеси компонентов отходов:

2.1 Влажность, % 55-65

2.2 Крупность частиц, мм —

- древесных отходов 25-30

- травяной резки 50-70

3. Технологические показатели:

3.1. Механизированное ворошение, раз/мес. 1-2

3.2. Продолжительность процесса, сут. 120-150

3.3. Выход компоста, % не менее 65

4. Питательные добавки:

4.1. Минеральные азотно-фосфорные удобрения,

(Р2О5: N2 = 1: 1,5), % по массе компоста 4

Таблица 5.

Технологические рекомендации по производству работ, рекомендуемый к применению состав машин, механизмов и оборудования

№ п/п Наименование технологической операции Машина Марка Мощность, кВт Производится ь-ность, м3/ч Трудоемкость, чел.-ч/ 1000 м1

1 Подача древесных отходов в зону их сортировки, уборка территории и т.п. Автопогрузчик TO-18A 100 120 8,3

2 Разделка стволов и пнеЛ Бензопила «Дружба», «Урал» и т.п. 2,5-4 5-7 166,7

3 Дробление древесных отходов Дробилка (диаметром до 100 мм) ДОС-! на тракторе «Беларусь» 45 10-20 133,3

Дробилка (диаметром до 400 мм) DW3080 Doppstadt 320 до 440 4,5

4 Измельчение растительных отходов Измельчитель кормов ИТК-30Б 1,8 1,3 770,0

5 Перевозка отходов по территории предприятия Автопогрузчик TO-18A 100 120 8,3

6 Загрузка и выгрузка отходов смеситель и грохот Транспортер TC-40 ОМ 3 40 25,6

7 Приготовление раствора минеральных удобрений Смеситель СМ-1.7 17 18 55,6

8 Укладка в штабели и ворошение компостируемой массы Экскаватор грейферный с ковшом емкостью 0,65 м3 Э02621-В2 120 70 14,3

9 Внесение минеральных удобрений в подготовленные древесно-растительные отходы Машина распределения жидких реагентов ДКТ-502 100 396 2,7

_Продолжение табл. 5.

№ п/п Наименование технологической операции Машина Марка Мощность, кВт Произао-ди-тель-ность, м'/ч Трудоемкость, чел.-ч/ЮОО м1

10 Просеивание компостной массы Грохот инерционный ГИТ-24М 15 16 62,5

11 Увлажнение штабелей и тушение пожара Поливочная машина ПМ 130-В 60 140 7,1

Итого: 1258,9

Технологическая схема приготовления компоста приведена на рисунке 5.

Рис. 5. Технологическая схема приготовления компоста.

В третьей главе проведены исследования по применению компоста из дре-весно-растительных отходов при создании рекультивационного слоя в условиях городской среды.

Цель - восстановление сформировавшегося техногенного почвенного покрова до состояния природных почв практически недостижима, следовательно, возникает необходимость постановки других целей: восстановление и увеличение плодородия городских земель для поддержания зеленых насаждений; рекультивация несанкционированных свалок для предотвращения негативного воздействия "на окружающую среду и здоровье населения, возвращение загрязненных территорий городу.

Суммарный годовой объем плодородных грунтов, завезенных предприятиями коммунального хозяйства для проведения озеленительных работ на территорию административных округов Москвы, в среднем составляет 290 тыс.м3.

Сравнительный агрохимический и стоимостной анализ грунтов, фактически завозимых в Москву, а также компоста из ДРО показал, что питательность компоста из ДРО значительно выше по всем приведенным показателям. Применение компоста из

ДРО городского лесопаркового хозяйства позволит обеспечить цикличность производства компоста, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды, что позволит сократить завоз растительных грунтов для озеленения приблизительно на 10%.

Проведенные при участии автора рекогносцировочные исследования в 2003 г. показали наличие на территории Москвы не менее 159 участков стихийных свалок, сложенных насыпными грунтами с примесью строительного мусора, промышленных и бытовых отходов, мощностью от 2,0 до 20,0 метров, площадью от 0,2 до 20,0 га.

Многие городские несанкционированные свалки находятся на территории природных комплексов (124,1 га), и их рекультивация требует обезвреживания свалочных грунтов, планировочных работ и перекрытия свалки растительным грунтом.

Количество грунта, которое потребуется для перекрытия данной категории свалок составляет около 248 тыс.м3, применение компоста из ДРО позволит сократить потребность в растительном грунте на 11%.

С целью изучения возможности применения компоста при создании рекульти-вационного слоя, полигоны и свалки по захоронению ТБО были проанализированы по трем основным неблагоприятным факторам их размещения:

а) в санитарной зоне населенных пунктов;

б) в водоохранной зоне;

в) на участках без регионального водоупора, защищающего от загрязнения основной водоносный горизонт в каменноугольных отложениях.

Установлено, что из 47 действующих объектов Московского региона потенциально опасными полигонами, представляющими серьезную экологическую угрозу для природной среды и здоровья человека, являются полигоны захоронения ТБО «Зарайский» (Зарайского района), «Слизнего» (Наро-Фоминского района), «Кулакове» (Чеховского района). Данные объекты подлежат первостепенному экологическому обследованию, разработке проектов на их закрытие и рекультивацию.

Рассмотрена возможность применения компоста из ДРО при рекультивации эксплуатируемого Москвой полигона «Дмитровский».

Для рекультивации трех потенциально опасных объектов Московского региона (общая площадь 24 га) потребуется приблизительно 48 тыс.м3 плодородного грунта, а для рекультивации полигона «Дмитровский» -136 тыс.м3.

Использование компоста из ДРО городского лесопаркового хозяйства позволит сократить приобретение растительных грунтов на создание рекультивационного слоя потенциально опасных полигонов захоронения ТБО ближнего Подмосковья на 57% или на полигоне «Дмитровский» приблизительно на 20%.

Четвертая глава посвящена разработке рекомендаций по производству работ по компостированию ДРО и определению их экономической эффективности.

С помощью разработанного автором программного комплекса по определению рационального места размещения предприятия по переработке отходов лесопаркового хозяйства города с использованием технологий ГИС, определена схема размещения предприятия по переработке ДРО.

Программа, написанная на языке MapBasic 4.0 и содержащая 23 подпрограммы, реализованные как отдельные программные модули, адаптирована к существующим условиям. Головной модуль - ДРО.шЬх.

Выходной информацией является: схема размещения предприятия по переработке ДРО, таблица длин маршрутов между предприятием по переработке ДРО и административными округами.

При изменении объемов накопления ДРО, а также уточнения места расположения перерабатывающих предприятий (с учетом имеющихся свободных площадей), схема автоматически корректируются применительно к новым условиям.

Экономические расчеты организации производства по переработке древесно-растительных отходов в компост показали обратную экспоненциальную зависимость удельной себестоимости производства 1 т компоста в год от объема производства (рис. 6).

Объем производства, тыс.т/год

Рис. 6. Зависимость удельной себестоимости производства 1 т компоста от объема производства.

На основании проведенных расчетов сделан вывод, что в Москве рационально размещение одного предприятия по приготовлению компоста, при этом рациональный объем переработки ДРО составляет 100 тыс.м3/год (18 тыс.т/год), то есть фактически ежегодно образующейся объем отходов лесопаркового хозяйства города.

Необходимая площадь земельного участка составит 5,0 га, в т.ч.: хозяйственная зона - 1 га, производственная зона - 0,9 га, отделение созревания компоста - 3,1 га.

Схема размещения предприятия по переработке отходов лесопаркового хозяйства представлена на рис. 7.

Оценка эколого-экономической и мелиоративной эффективности проекта организации предприятия по переработке отходов городского лесопаркового хозяйства проводилась при помощи разработанного автором программного обеспечения в среде Microsoft Excel. При оценке использованы «Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов мелиорации сельскохозяйственных земель» РД-АПК 3.00.01.003-03 и «Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба», принятая 09.03.99 г. с рекомендациями ГНЦ НАМИ.

При оценке эколого-экономической и мелиоративной эффективности рассматривались два варианта:

1. Без предприятия по переработке ДРО в компост.

2. С предприятием по переработке ДРО в компост.

Расчеты проводились с тем условием, что все затраты связанные с утилизацией ДРО городского лесопаркового хозяйства и благоустройство города проводятся за счет средств городского бюджета.

При оценке учитывались следующие факторы, влияющие на экономическую эффективность проекта: количество поступающих ДРО, тарифы и расстояния транспортировки отходов, ценовые структуры приема на захоронение, среднегодовые затраты на приобретение растительных грунтов для нужд городского хозяйства, капитальные вложения на создание предприятия по переработке ДРО, эксплуатационные затраты на производство компоста, коэффициент дисконтирования.

приятия в рассматриваемых условиях составил 53 млн.руб. Срок окупаемости проекта организации предприятия по переработке ДРО является третий год эффективной работы предприятия.

Результаты расчетов представлены на рисунке 8.

Расчет экологического ущерба от выброса вредных веществ автотранспортом при транспортировке отходов показал, что организация производства по переработке ДРО сократит выбросы от автотранспорта на 37,6 т в год. Предотвращенный экологический ущерб в данных условиях составит 112 тыс.руб. в год.

Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при полевом компостировании 18 тыс.т в год ДРО практически в 9,5 раз меньше чем при захоронении того же количества отходов на полигоне. ДРО значительно увеличивает пожароопасность полигонов захоронения твердых бытовых отходов. Кроме того, переработка отходов городского лесопаркового хозяйства в компост позволит уменьшить объем захоронения отходов на полигонах ТБО на 18 тыс.т в год, что увеличит срок службы полигонов ТБО.

Применение компоста, получаемого в процессе переработки ДРО в количестве 11,7 тыс.т/год, для нужд городского хозяйства дает возможность отказаться от изъятия из оборота земель 27 тыс.куб.м в год плодородного грунта.

Следовательно, предложенная система утилизации древесно-растительных отходов является экологически и экономически более эффективной по сравнению с существующей системой захоронения ДРО на полигонах.

40000

30000 о

20000

О- 10000

-10000 -20000

-30000 - ----------

Год

0 - год строительства; I -8 - эффективного использования

Рис. 8. Дисконтированный прирост чистого дохода (ДПЧД) по годам.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. При плановом уходе за зелеными насаждениями города (подрезка или вырубка сухих и травмированных деревьев и кустарников; скашивание трав; сбор опавшей листвы в осенний сезон года и т.д.) образуется около 100 тыс.м3 (18 тыс.т) древесно-растительных отходов. Анализ существующих систем утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства с учетом технико-экономических и экологических факторов показал, что наиболее приемлемой для Москвы технологией утилизации ДРО являются метод полевого компостирования в штабелях.

2. На основании проведенных исследований технологии переработки древесно-растительных отходов на территории Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова и в ПУ «Котляково» (ГУЛ «Экотехпром») определены рациональные условия, параметры технологического процесса компостирования, обоснован выбор технических средств, позволяющие получить высококачественное органическое удобрение и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды.

3. Сравнительный агрохимический анализ компоста из ДРО и растительных грунтов, фактически завозимых в Москву, показал, что питательность компоста из ДРО значительно выше по всем основным показателям. Продукт переработки - компост характеризуется достаточно высоким содержанием питательных-элементов (азот - 25-30 г/кг, фосфор - 12-15 г/кг, калий - 0,8-1,2 г/кг). Влажность компоста составляет - 45-50%, содержание органического вещества - 65%. Реакция среды 6,5 рН.

Атомно-абсорбционный анализ прокомпостированных древесно-растительных отходов показал, что содержание металлов в компосте из ДРО близки к ПДК для

Год

почв, но значительно ниже нормы для компоста из ТБО, рекомендуемого для применения при озеленении городских территорий.

Проведенные исследования подтвердили возможность применения компоста из ДРО при создании рекультивационного слоя в условиях городской среды. Использование продукта переработки ДРО для обогащения почв газонов и цветников позволит сократить потребность в завозе растительных грунтов приблизительно на 10%, при рекультивации несанкционированных свалок города на 11% или при создании рекультивационного слоя полигонов захоронения ТБО ближнего Подмосковья требующих немедленной рекультивации на 57%.

4. При помощи разработанного программного комплекса определено, что для условий Москвы рационально организовать одно предприятие по приготовлению компоста в Северном административном округе, при этом объем переработки ДРО составит 100 тыс.м3/год (18 тыс.т/год), то есть фактически ежегодно образующийся объем отходов лесопаркового хозяйства города.

5. Расчеты, проведенные с помощью разработанного программного обеспечения, показали, что организация предприятия по переработке древесно-растительных отходов в компост является более экономичным и экологически безопасным вариантом по сравнению с существующим вариантом вывоза ДРО на полигоны захоронения ТБО.

Суммарный дисконтированный прирост чистого дохода от внедрения предложенной схемы обращения отходов городского лесопаркового хозяйства составит 53 млн.руб. (8 лет работы предприятия). Схема позволит уменьшить выбросы от автотранспорта при транспортировке отходов на 37,6 т в год. Ежегодный предотвращенный экологический ущерб составит 112 тыс.руб. Срок окупаемости проекта - три года эффективной работы предприятия.

6. Разработанные автором «Рекомендации по промышленной биотермической переработке отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования» и рекомендации по применению компоста из древесно-растительных отходов лесопаркового хозяйства города внедрены на производстве по переработке ДРО в Компостном центре ГУП «Экология» г. Самары.

Рекомендации рассмотрены, одобрены и рекомендованы Научно-методическим советом по вопросам озеленения города при Департаменте жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства города Москвы для использования хозяйственными и озеленительными организациями города.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Сметанин В.И., Соломина О.И. «Экономические расчеты по переработке отходов зеленого хозяйства в компост в зависимости от площади участка».V Международная научно-практическая конференция «Проблемы управления качеством окружающей среды», сборник докладов, М, 2001, с. 223-227.

2. Соломина О.И., Соломин И.А. «Технология переработки древесно-растительных отходов города с получением компоста и почвенных смесей». Альманах «Экология большого города», выпуск 4, Издательство Прима-Пресс-М, М, 2000, с. 167-171.

3. Абрамов Н.Ф., Кудинов В.Н., Сметанин В.В., Соколов А.Д., Соломина О.И. «Переработка и утилизация отходов зеленых насаждений городов». М. Ж. «Чистый город», 2001, 2(14), с. 13-18.

4. Гаврилов В.И., Соломин И.А., Соломина О.И «Оптимизация вывоза твердых

бытовых отходов Москвы на полигоны и объекты переработки» в ежемесячном научно-техническом и производственном журнале «Экологические системы и приборы» №7 2001, с 18-20.

5. Соломина О.И. «Методы реабилитации городских земель». Альманах «Экология большого города», выпуск 5, Проблемы содержания зеленых насаждений в условиях Москвы, М.: «Группа «Стагирит», 2001,. с. 111-117.

6. Соломина О.И. «Методы утилизации и переработки отходов зеленого хозяйства города в компост», Сборник докладов VI Международной научно-практической конференции «Проблемы управления качеством городской среды», М: 2001 г., Издательство Прима-Пресс-М, стр. 259-263.

7. Соломина О.И., Абрамов Н.Ф., Соколов А.Д. «Технология полевого компостирования древесно-растительных отходов от санитарной уборки г. Москвы» «Чистый город», 2002, 2(18), с. 31-39.

8. Соломина О.И., Соломин И.А. «Использование древесно-растительных отходов в городском хозяйстве» Альманах «Экология большого города», выпуск 6, Проблемы содержания зеленых насаждений в условиях Москвы, М.: «Прима-М», 2002,. с. 170-175.

9. Соломина О.И. «Рекультивация техногенных почв с применением компоста из древесно-растительных отходов». Сборник докладов VII Международной научно-практической конференции «Проблемы управления качеством городской среды», М: 2003 г., Издательство Прима-Пресс-М, стр. 82-87.

10. Соломин И.А., Соломина О.И. «Рекультивация полигонов захоронения твердых бытовых отходов», «Вестник РАСХН», №5, РАСХН, 2003 г., стр. 80-81.

11. Соломин И.А., Соломина О.И. «Динамика состояния несанкционированных свалок Москвы», Научный центр экологических исследований «Экологический мониторинг окружающей среды в административном районе», В.1., Издательство Московского университета, М., 2003 г., стр. 161-172.

12. Соломин И.А., Соломина О.И., Фахратов М.А. «Мониторинг состояния несанкционированных свалок г. Москвы» в сборнике докладов YIII международной конференции «Проблемы управления качеством окружающей среды», М. 2003., стр. 102-107.

13. Соломин И.А., Соломина О.И. «Принципы составления экологической характеристики территорий города занятых несанкционированными свалками» в сборнике докладов YIII международной конференции «Проблемы управления качеством окружающей среды», М. 2003, стр. 98-101.

14. Соломин И.А., Соломина О.И., Брылев С.Н. «Нормы и объемы накопления отходов от коммерческих предприятий и организаций г. Москвы» в сборнике докладов YIII международной конференции «Проблемы управления качеством окружающей среды», М. 2003., стр. 91-98.

15. Соломина О.И., Соломин И.А., Беляев И.П. «Проблемы управления качеством городских почв» в сборнике докладов YIII международной конференции «Проблемы управления качеством окружающей среды», М. 2003. стр. 86-90.

Подписано в печать 29 07 2004 г. Печл I Заказ № Тираж 100 экз ВНИИГиМ

РНБ Русский фонд

2006-4 18215

'i i

2 7 - H Ц

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Соломина, Оксана Игоревна

Введение.

1. Теоретические исследования целесообразности переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост.

1.1. Исследование объемов образования и состава отходов городского лесопаркового хозяйства.

1.2. Изучение существующих технологий утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства.

1.3. Предлагаемая система утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства.

1.4. Выводы по главе 1.

2. Разработка технологии компостирования отходов городского лесопаркового хозяйства.

2.1. Теоретические основы биотермической переработки древесно-растительных отходов.

2.2. Технологический процесс переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост.

2.3. Создание опытного производства по переработке отходов городского лесопаркового хозяйства.

2.3.1. Методика исследования.

2.3.2. Экспериментальная установка и ее технологические показатели.

2.3.3. Результаты исследований.

2.4. Исследование переработки и компостирования порубочных остатков в промышленной зоне «Котляково».

2.5. Рекомендации по промышленной биотермической переработке древесно-растительных отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования.

2.6. Рекомендации по применению компоста из древесно-растительных отходов при рекультивации земель.

2.7. Выводы по главе 2.

3. Исследование применения компоста при создании рекультивационного слоя в условиях городского хозяйства.

3.1. Теоретические исследования применения компоста в практике обогащения почв газонов и цветников Москвы.

3.2. Изучение возможности применения компоста из древесно-растительных отходов при рекультивации несанкционированных свалок Москвы.

3.3. Изучение возможности применения компоста из древесно-растительных отходов при создании рекультивационного слоя полигонов захоронения твердых бытовых отходов ближнего Подмосковья.

3.4. Выводы по главе 3.

4. Эффективность проекта производства компоста и рекомендации по производству работ.

4.1. Программный комплекс определения рационального объема переработки отходов лесопаркового хозяйства, количества перерабатывающих предприятий, мест их расположения и маршрутов перевозок.

4.1.1. Исходные данные и постановка задачи.

4.1.2. Метод и алгоритм решения.

4.1.3. Файловая структура.И

4.1.4. Экономические расчеты по переработке древесно-растительных отходов в компост в зависимости от объема производства.

4.1.5. Описание программной реализации и последовательности проведения расчетов.

4.2. Оценка эколого-экономической и мелиоративной эффективности организации производства по переработке отходов городского лесопаркового хозяйства.

4.4. Выводы по главе 4.

Выводы.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Технология утилизации древесно-растительных отходов городской среды для рекультивации земель"

Одной из значимых проблем городов является загрязнение окружающей среды, о чем объективно свидетельствует угнетенное состояние зеленых насаждений. Заболевания растений в городе могут быть вызваны как недостатком элементов питания, так и избытком элементов техногенного загрязнения почв (тяжелые металлы, битумно-асфальтовые смеси, сажа, нефтепродукты, бытовой и промышленный мусор). Для обеспечения экологической безопасности городов загрязненные территории требуют проведения мероприятий по их реабилитации.

В настоящее время для обеспечения проведения работ данного вида в Москву ежегодно завозится более 1 млн.м растительных грунтов и 10 млн.м минерального грунта, в то время как в городском лесопарковом хозяйстве при проведении ежегодных сезонных работ по уходу за зеленными насаждениями образуется большое количество древесно-растительных отходов (около 100 тыс.м ): скошенная трава, опавшая листва, ветки от обрезки и древесина от валки деревьев. Эти отходы захоранивают на свалках и полигонах ТБО, тогда как существует возможность получения из них ценного компоста пригодного для формирования газонов, спортивных сооружений, а также при рекультивации нарушенных земель. цель и задачи исследований

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

Поставленные задачи достигались:

- исследованием объемов образования и состава отходов городского лесопаркового хозяйства;

- изучением существующих систем утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства;

- изучением и выбором технологии утилизации отходов городского лесопаркового хозяйства;

• состав древесных и растительных отходов,

• состав и количество удобрений,

• влажность и температура компостируемой массы,

• аэрация в различные сезоны года;

- исследованием переработки и компостирования порубочных остатков в промышленной зоне «Котляково»;

- исследованием применения компоста при создании рекультивационного слоя в условиях городской среды;

Обоснована целесообразность переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост.

Разработаны рекомендации по промышленной биотермической переработке древесно-растительных отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования.

Использование результатов диссертационной работы позволяет экономически эффективно решить актуальные экологические задачи, стоящие перед городом:

• уменьшить объем вывоза отходов на полигоны;

• уменьшить объем завоза растительных грунтов и удобрений для нужд города;

• увеличить срок службы полигонов;

• использовать отходы лесопаркового хозяйства в качестве вторичного ресурса городского хозяйства;

• уменьшить стоимость рекультивации техногенно-загрязненных почв в условиях городской среды.

Результаты диссертационной работы использованы при производстве опытно-промышленной партии компоста из древесно-растительных остатков городского хозяйства на территории производственного управления «Котляково» (ГУП «Экотехпром»). Внедрены в Компостном центре ГУП «Экология» г. Самары. Акты внедрения имеются. экологические задачи, решаемые в диссертационной работе

• Внедрение оборота отходов лесопаркового хозяйства в пределах города.

• Сохранение плодородных почв (снижение потребности города в завозе почвы, торфа и сапропеля).

• Снижение нагрузки на полигоны захоронения ТБО и повышение безопасности их эксплуатации.

• Снижение негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду в результате уменьшения грузопотоков ТБО. апробация работы

Основные материалы работы докладывались на 5-ой, 6-ой, 7-ой и 8-ой международных конференциях «Проблемы управления качеством окружающей среды» - Москва, 2000-2003 гг., научно-технической конференции Московского государственного университета природообустройства, 2001 г.

1. Обоснование целесообразности переработки отходов городского лесопаркового хозяйства в компост.

2. Рекомендации по промышленной биотермической переработке древесно-растительных отходов городского лесопаркового хозяйства методом полевого компостирования, позволяющие получить высококачественное органическое удобрение - компост и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Соломина, Оксана Игоревна

ВЫВОДЫ

2. На основании проведенных исследований технологии переработки древесно-растительных отходов на территории Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова и в ПУ «Котляково» (ГУП «Экотехпром») определены рациональные условия, параметры технологического процесса компостирования, обоснован выбор технических средств, позволяющие получить высококачественное органическое удобрение и обеспечить цикличность производства, совпадающую с графиком проведения сезонных работ по уходу за зелеными насаждениями и улучшению свойств почв в условиях городской среды.

3. Сравнительный агрохимический анализ компоста из ДРО и растительных грунтов, фактически завозимых в Москву, показал, что питательность компоста из ДРО значительно выше по всем основным показателям. Продукт переработки - компост характеризуется достаточно высоким содержанием питательных элементов (азот -25-30 г/кг, фосфор - 12-15 г/кг, калий - 0,8-1,2 г/кг). Влажность компоста составляет - 45-50%, содержание органического вещества - 65%. Реакция среды 6,5 рН.

Атомно-абсорбционный анализ прокомпостированных древесно-растительных отходов показал, что содержание металлов в компосте из ДРО близки к ПДК для почв, но значительно ниже нормы для компоста из ТБО, рекомендуемого для применения при озеленении городских территорий.

Проведенные исследования подтвердили возможность применения компоста из ДРО при создании рекультивационного слоя в условиях городской среды. Использование продукта переработки ДРО для обогащения почв газонов и цветников позволит сократить потребность в завозе растительных грунтов приблизительно на 10%, при рекультивации несанкционированных свалок города на 11 % или при создании рекультивационного слоя полигонов захоронения ТБО ближнего Подмосковья требующих немедленной рекультивации на 57%.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Соломина, Оксана Игоревна, Москва

1. Абалкина И.Л. Проблемы борьбы с городскими и промышленными отходами в США: Обзор. Экология и проблемы большого города. РАН. ИНИОН. -М., 1992. С.27-49.

2. Абрамов Н.Ф. Насущные потребности санитарной очистки городов // Жил. и коммун, х-во. 1991. -N 7. - С.22-23.

3. Абрамов Н.Ф., Юдин А.Г. Стратегия устойчивого развития основа экологической политики XXI века (на примере Московского региона). Чистый город. - 1999.-№3(7).-с.11-15.

4. Агрофизические методы исследования почв. М: Наука, 1966. 258 с.

5. Академия наук СССР. Применение древесных отходов в качестве органических удобрений в Мурманской области (практические рекомендации). Апатиты, 1988.

6. Аналитический доклад. Состояние зеленых насаждений в Москве. По данным мониторинга 2002 г. Выпуск №6, М, ОАО «Прима-М», 2003.

7. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М: МГУ, 1961 г. с. 489.

8. Арзамасова З.А., Александровская З.И., Гуляев Н.Ф. и др. Санитарная очистка городов. М., Стройиздат, 1980.

9. Артюшин А. М., Державин JI. М. Краткий справочник по удобрениям. -М., Колос, 1984, с. 208.

10. Банди Б., "Методы теории исследования операций" М., "Радио и связь", 1989г., 82-109 с.

11. Баранова Ю.Г. Стратегия минимизации отходов в Российской Федерации: перспективные решения в области управления и технической политики. 15 Менделеевский съезд по общественной и прикладной химии, т.1, Минск, 1993. с.74-75.

12. Богоявленский Р.Г., Рыжов В.А. Мировые тенденции в области современных технологий утилизации твердых промышленных и бытовых отходов. ЭКОС, 2000. т.1, №8-12. с.42-51.

13. Букреев Е.М., Корнеев В.Г. Твердые бытовые отходы вторичные ресурсы для промышленности. Экология и промышленность России. 1999. с.38-41.

14. Вадюнина АФ., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. 3 изд. М: Агропромиздат, 1986, с.416.

15. Васильев В. А., Филиппова Н. В. Справочник по органическим удобрениям М., Россельхозиздат, с. 1988 254.

16. Варфоломеев Л.А. Приготовление промышленных компостов на основе твердых отходов деревообработки. 1992.

17. Временная методика расчета предотвращенного экологического ущерба с рекомендациями ГНЦ НАМИ, Москва, 1999 г.

18. Временное положение о порядке работ по рекультивации несанкционированных свалок в г. Москве, ТСН 11-301-97, г. Москва.

19. Гаур А. С. Использование растительных остатков в качестве удобрения. Новейшие тенденции в Индии. Известия АН СССР, 1986, 2, с. 210-217.

20. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест. МУ 2.1.7.730-99.

21. Гончарук Е,И., Сидоренко Г.И. Гигиеническое нормирование химических веществ в почве: Руководство. М, 1986, с.320.

22. Государственный промышленный агрокомитет СССР. Производство компостов с использованием промышленных отходов. 1988.

23. Даусон Г., Мерсер Б. «Обезвреживание токсичных отходов», Москва, Стройиздат, 1996.

24. Должников Н.Ф. Приготовление компостов на грунтовых площадках. 1991.

25. Инструктивно-методические указания по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха в населенных пунктах. М, 1985.

26. Закон города Москвы «О защите зеленых насаждений» в редакции Законов г. Москвы от 21.02.2001 № 6, от 19.12.2001 № 81, от 25.06.2003 № 42.

27. Каталог несанкционированных свалок города Москвы. ОАО «Прима-М», 2003 г.

28. Каталог-справочник. Машины и оборудование для санитарной очистки городов и зданий. Москва, 1993.

29. Каталог-справочник. Машины для уборки городов и зданий общественного назначения. Москва, 1989.

30. Классификация и диагностика почв СССР. М: Колос, 1977.

31. Коррин Д.А. Компост: назначение, приготовление, использование, эффективность. Москва 1992.

32. Крейндлин JI.M. Компостирование отходов в США. 1989.

33. Критерии оценки экологической обстановки территорий, Минприрода,1992.

34. Кубарева О.Г., Брук М.Х., Дзысюк С.А. Микробиологические процессы в компостах, приготовленных из различного органического сырья. 1998.

35. Кудряшева А. А. и др. Технологии получения органического компоста из растительных отходов. Хранение и переработка сельхозсырья, 1995, 6, с. 45-47.

36. Кузьменкова A.M. Использование компостов из твердых бытовых отходов. Москва. 1991.

37. Лер Р. Переработка и использование сельскохозяйственных отходов, /пер. с франц. М., Колос, с. 1979 - 278.

38. Лопес де Гереню В. О. Способы ускоренного производства компостов.1991.

39. Лысенко В. П. Переработка отходов птицеводства. Сер. -Посад, ВНИТИП, 1998, с.153.

40. Макаренко С.В. Технология компостирования. Химизация сельского хозяйства, 1998.

41. Машинский B.JL, Залогина Е.Г. Проектирование озелененных жилых районов. М: Стройиздат, 1978, с.113.

42. Мерзлая Г. Компосты из отходов. Новый фермер, 1993,2, с. 28.

43. Методика исследования свойств твердых отбросов. М., Стройиздат, 1980, с.48.

44. Методика исчисления размера ущерба, вызываемого захламлением, загрязнением и деградацией земель на территории Москвы. №801-РМ от 27.07.1999 г.

45. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами. М: ИМГРЭ, 1982.

46. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М: ЦИНАО. 1992, 61 с.

47. Методические указания по оценке городских почв при разработке градостроительной и архитектурно-строительной документации. Издание второе, дополненное. ГлавАПУМоскомархитекруры, АО «Моспроекг», НИиПИИ Экологии города, М, 2003 г.

48. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. М, 1987. № 4266-87. Утв.МЗ СССР 13.03.87.

49. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов мелиорации сельскохозяйственных земель (РД-АПК 3.00.01.003-03).

50. Методические указания по гельминтологическому исследованию объектов внешней среды. М, 1987. Утв. МЗ СССР № 1440-76.

51. Методические указания по оценки степени опасности загрязнения почв химическими веществами, Минздрав СССР, 1987.

52. Методические указания по санитарно-микробиологическому исследованию почвы. М, 1977. Утв. МЗ СССР № 1446-76 4.08.76.

53. Методические указания по санитарно-микробиологическому исследованию почвы. М, 1981. Утв. МЗ СССР № 2293-81 19.02.81.

54. Методическое руководство и технические условия по реконструкции городских зеленых насаждений. МГУЛ, М 2001.

55. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М: МГУ, 1991, с. 250.

56. Мирный А.Н. «Критерии выбора технологии обезвреживания и переработки твердых бытовых отходов» «Чистый город», 1998, №1, с. 8-14.

57. Мишустин Е.Н., Лерцовская А.А., Горбов В.А. Санитарная микробиология. М: Наука, 1979, с. 304.

58. МЛТПО «Мослесопарк» отчет «Состояние окружающей природной среды Москвы в 1997 году», М., 1997 г.

59. Мукина Л.Р., Емельянова И.М. Получение экологически чистых удобрений из отходов промышленности и сельского хозяйства. 1992.

60. Научные труды Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. Обезвреживание и переработка городских отходов. 1991.

61. Номенклатурный каталог министерства строительного, дорожного и коммунального машиностроения. Строительные, дорожные, коммунальные машины и оборудование, рекомендуемые Минстройдормашем для экспорта. Москва, 1990.

62. Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользования. М., Колос. 1973.

63. Орлов Д. С. и др. Органическое вещество почв и органические удобрения. М.,МГУ, 1985, с.98.

64. Оценочные показатели санитарного состояния почвы населенных мест. М: 1977. Утв. МЗ СССР № 1739-77 7.07.77, с. 8.

65. Панов Е.П. Как снизить потери азота из помета и компостов. 1987.

66. Письмо Государственного комитета РФ по статистике № В Г-1-22-23 52 от 27.12.96

67. Покровская С.Ф. Новые тенденции в компостировании городских отходов (зарубежный опыт). 1991.

68. Покровская С.Ф. Требования к качеству компостов. Агропром, 1993.

69. Покровская С.Ф. Новое в компостировании органических отходов. Земледелие, 1994,2, с.28-29.

70. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами. М, 1993. Утв. Минприрода РФ 18.11.93, Роскомзем 10.11.93. Согл. ГКСЭН РФ 14.09.93. МСХ РФ 6.09.93. ВАСХНИЛ 8.09.93.

71. Постановление Правительства Москвы от 12 марта 2002 г. N 170-ПП «О городской целевой программе использования альтернативных видов моторного топлива на автомобильном транспорте города на 2002-2004 годы».

72. Почвы СССР. М: Мысль, 1979.

73. Производство местных органических удобрений (перевод с нем.) М., Колос, 1983, с. 84.

74. Промышленные и полевые методы обезвреживания и переработки городских отходов. Научн. труды АКХ-М., ОНТИАКХ, вып. 176, 1980, с.76.

75. Разработка методики составления экологической характеристики территорий города, занятых несанкционированными свалками, Отчет, Москва, ОАО «Прима-М», 2003 г.

76. Распоряжение Заместителя Премьера Правительства Москвы от 17.12.1997 г. №1318-РЭП «О тарифах на работы и услуги жилищно-коммунального хозяйства».

77. Результаты химического анализа щепы. -М., Мослесопарк, 1998.

78. Рекомендации по использованию компоста под древесно-кустарниковые растения. М., ОНТИ АКХ, 1977, с. 26.

79. Рекомендации по повышению оздоровительной эффективности лесопаркового защитного пояса. М, 1980.

80. Руководство по проектированию санитарно-защитных зон промышленных предприятий. М, 1984.

81. Санитарная очистка и уборка населенных мест. Справочник. АКХ им. К.Д. Памфилова, М, 1997 г. стр.90-98.

82. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.

83. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы.

84. СанПиН 2.2.3.1384-03. Гигиенические требования к организации строительного производства и строительных работ.

85. Сборник удельных показателей образования отходов производства и потребления. Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, М, 1999 г.

86. Сбор, систематизация и анализ фондовых материалов по состоянию свалок и полигонов захоронения бытовых и промышленных отходов ближнего Подмосковия, отчет, ч. 1, ОАО «Прима-М», М, 1999.

87. Сбор, удаление и обезвреживание бытовых отходов, (пер. с нем. под ред. Н. Ф. Гуляева) М., Стройиздат, 1971 - 112 с.

88. Скворцов JI.C., Мирный А.Н., Варшавский В.Я. Сельскохозяйственное использование компоста, полученного из твердых бытовых отходов. Чистый город. 1999.-№2(6). с.2-7.

89. Сметанин В.И. «Защита окружающей среды от отходов производства и потребления», Учебник, М, Колос, 2000 г. стр. 99-101.

90. Сметанин В.И. «Рекультивация и обустройство нарушенных земель», М., «Колос», 2000 г.

91. Смирнов В.В. Переработка древесно-растительных отходов городского хозяйства в органическое удобрение для его дальнейшего использования в целях оздоровления почвы. Экология большого города. 1997. №2. сЛ68-173.

92. Смирнов Н.Н. Как готовить компосты. Урал. Нива, 1987.

93. Солдатов С.В. «Проблемы комплексной переработки твердых бытовых отходов г. Ангарска путем аэробной термофильной ферментации с последующей вермитрансформацией», Тезисы докладов, М, 2000 г.

94. Соломин И.А. «Снижение негативного воздействия строительных отходов на окружающую среду при очистке крупных городов (на примере Москвы)», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М -1999 г.

95. Соломина О.И., Абрамов Н.Ф., Соколов А.Д. «Технология полевого компостирования древесно-растительных отходов от санитарной уборки г. Москвы» «Чистый город», 2002,2(18), с. 31-39.

96. Состояние зеленых насаждений в Москве. Аналитический доклад. По данным мониторинга 1997 г., Москва, ОАО «Прима-М», 1998 г.

97. Состояние зеленых насаждений в Москве. Аналитический доклад. Выпуск №6, Москва, ОАО «Прима-М», 2003 г.

98. Справочник по охране окружающей среды. М, 1995.

99. Справочник по торфу (Под ред. А. В. Лазарева) М., Недра, 1982, с. 760.

100. Справочник строителя, том1, ч.Н, XIII. 7 «Склады», М, Стройиздат, 1988г.

101. Строганова М.Н., Агаркова М.Г. Городские почвы: опыт изучения и систематика. Почвоведение, 7, 1992, с. 16-24.

102. Строительство и реконструкция лесопарковых зон. Л: Стройиздат, 1990,с. 288.

103. Схема санитарной очистки г. Самары. Москва, ЗАО «Прима-М», 1995.

104. Третьяков Т.В., Рыбалко Н.В. Производство копостов с использованием промышленных отходов. 1988.

105. Фауна и экология почвенных беспозвоночных Московской области. М: Наука, 1983.

106. Федеральный закон об охране окружающей среды. №7-ФЗ от 10.01.2002г.

107. Федоров Л.Г. Разработка и эколого-экономическая оптимизация схемы удаления твердых бытовых отходов из крупных городов: (На примере Москвы): Автореферат диссертации к.т.н. Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. М., 1997.

108. Федоров Л.Г. Управление отходами в крупных городах и агломерационных системах поселений. М.: Изд-во "Прима-Пресс-М", 1999.

109. Физико-химические методы исследования почв. М: Наука, 1978, с.7-30.

110. Фонштейн Л.М. и др. Тест-системы оценки мутагенной активности загрязнителей среды на Salmonella, Методические указания. М, 1977.

111. Цуркан М.А., Архип О.Д. Технология производства и использования компостов в Молдавской ССР. Кишинев 1989.

112. Шмаков В.П., Рыбалко Т.М., Межевикина Ю.В. Производство компостов из древесных отходов. СибНИИЛП, 1991.

113. Экология большого города. Альманах. Выпуск №8, Москва, ОАО «Прима-М», 2003 г.

114. Экологический атлас Москвы, ГУП НИиПИ Генплана Москвы, 2000 г.

115. Экспериментальная экология. М: Наука, 1991, с. 248.

116. Bio Cycle, journal of composting and recycling. June 1995.

117. Hasselriis F. Оценка реальных выбросов от устройств для сжигания муниципальных, медицинских и опасных отходов. Научные и технические аспекты охраны окружающей среды: Обзорная информация. ВИНИТИ. 2000. №6. с.78-87.

118. Kleinke R. Изучение возможности компостирования травяной сечки от подкашивания газонов при уходе за ландшафтами. /Нем. /-Darmstadt, 1996, v. 44, p. 389-392.

119. Pednealt А. Опыт компостирования опавшей листвы в зеленом хозяйстве г. Монреаль, Канада. Quebec vert, 1992, v. 14, No 11, p. 21-24.

120. Stieglitz L., Vogg H. Образование и деструкция полихлордибензодиоксинов и фуранов в летучих золах процессов мусоросжигания, 1995 г.

121. Wamert J. Agriculture could provide a major market for re-cycled green waste. -Calif. Agr., 1996, v. 50, No. 5, p. 8-10.

Информация о работе

Соломина, Оксана Игоревна
кандидата технических наук
Москва, 2004
ВАК 06.01.02

Диссертация

Технология утилизации древесно-растительных отходов городской среды для рекультивации земель - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы