Применение микроудобрения как эффективный способ утилизации бытовых отходов для получения компостов

Актуальность работы: проблема полного уничтожения или частичной утилизации бытовых отходов (БО) - бытового мусора - актуальна, прежде всего, с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Однако для любого города и населенного пункта проблема удаления или обезвреживания твердых бытовых отходов всегда является в первую очередь проблемой экологической. Весьма важно, чтобы процессы утилизации бытовых отходов не нарушали экологическую безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условия жизни населения в целом. Как известно, подавляющая масса БО в мире пока складируется на мусорных свалках, стихийных или специально организованных в виде "мусорных полигонов". В 1950-е годы впервые начинают внедряться т. н. <<санитарные полигоны>>, на которых отходы пересыпаются каждый день почвой. Полигон по захоронению отходов представляет собой сложную систему, подробное исследование началось только недавно. Для успешной работы таких полигонов необходимо изучение различных характеристик почв, влияния на процессы компостирования биологически активных добавок.

Почвы в городских экосистемах

Почвенный покров Земли - педосфера - это географическая оболочка, взаимодействующая с гидросферой, атмосферой, литосферой.

В настоящее время отмечается интенсивная разработка теоретических основ учения о городских экосистемах и роли в них почв.

Естественные почвы образуются под влиянием климата, горных пород, биоты, рельефа и времени. Антропогенными считаются те почвы, в образовании которых ведущую роль играет человеческий фактор. В городе почвы представляют собой остатки природных лесных, пахотных, пойменных и болотных почв, а также новые типы, созданные природой (именно природой) в ответ на многолетнее глобальное воздействие человека.

Специфическую городскую почву специалисты называют урбаноземом (лат. urbanus, urbus - город). Его верхняя часть более или менее гумусовая в зависимости от функциональной принадлежности территории (промышленная зона, парки, скверы) и возраста.

Итак, основное отличие урбаноземов от почв, характерных для данной природной зоны, - наличие почвенного горизонта урбик (U). Такой антропогенно созданный горизонт характеризуется повышенным содержанием фосфора и других питательных элементов, большим количеством карбонатов, в отдельных местах засолением, высоким содержанием микроэлементов, в том числе тяжелых металлов, повышенной уплотненностью. Как непременная составная часть в горизонт урбик входит и природная почва. (Добровольский, 1997. )

Физико-химический состав почв.

Почва состоит из трех компонентов - твердого, жидкого и газообразного. Твердая часть - это минеральные и органические вещества, жидкая - влага с растворенными в ней питательными веществами, газообразная - воздух в порах почв. Именно эти составляющие и определяют различные свойства почв.

1. Типы почв характерные для Среднего Урала.

Подзолистые почвы образуются под хвойными, смешанными и, реже, под лиственными лесами. Верхние горизонты этих почв обеднены илистыми частицами, алюминием и железом и очень осветлены. Эти почвы имеют кислую реакцию, и содержат мало гумуса.

В хвойно-лиственных лесах полосы предгорий развиты горные дерново-подзолистые и бурые лесные почвы. И хотя эти почвы тоже не богаты кальцием, магнием, фосфором, калием и другими зольными элементами, они имеют прочнокомковатую структуру и меньшую кислотность.

Дерново-подзолистые почвы - самые распространенные в наших краях, как и сосново-березовые леса, под которыми они сформировались. Почвы эти слабооподзолены или совсем не оподзолены, бурые, иногда почти красно-бурые, по составу супесчаные и суглинистые.

2. Состав почв.

Состав почвы может быть гранулометрическим (механическим) и химическим.

Гранулометрический состав почвы - это соотношение в ней твердых частиц разного размера. Почва - это всегда смесь разных частиц, среди которых по величине различают камни (крупнее 3 мм), гравий (1-3 мм), песок (0,05-1 мм), пыль (0,001-0,05 мм), ил (мельче 0,001 мм). Все частицы крупнее 1 мм составляют скелет почвы, а мельче 1 мм - мелкозем. По соотношению частиц разного размера почвы делят на песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые. Песчаные и супесчаные почвы называются легкими, так как их легко обрабатывать, а суглинистые и глинистые - тяжелыми.

Химический состав почв различается в разных природных условиях. В почве часто содержатся кислоты; только там их очень мало. А растения и полезные почвенные микроорганизмы очень чувствительны к присутствию кислот. Кислотность почв вызывается ионами водорода в почвенном растворе.

Проблема утилизации бытовых отходов

Проблема полного уничтожения или частичной утилизации бытовых отходов (БО) - бытового мусора - актуальна, прежде всего, с точки зрения отрицательного воздействия на окружающую среду. Однако для любого города и населенного пункта проблема удаления или обезвреживания твердых бытовых отходов всегда является в первую очередь проблемой экологической. Весьма важно, чтобы процессы утилизации бытовых отходов не нарушали экологическую безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условия жизни населения в целом. ( Некрасов В. Г. , 1992)

Биотермическое компостирование

Этот способ утилизации бытовых отходов основан на естественных, но ускоренных реакциях трансформации мусора при доступе кислорода в виде горячего воздуха при температуре порядка 60°С. Биомасса БО в результате данных реакций в биотермической установке (барабане) превращается в компост. Однако для реализации этой технологической схемы исходный мусор должен быть очищен от крупногабаритных предметов, а также металлов, стекла, керамики, пластмассы, резины. Биотермическое компостирование обычно проводится на заводах по механической переработке бытовых отходов и является составной частью технологической цепи этих заводов. Однако современные технологии компостирования не дают возможности освободиться от солей тяжелых металлов, поэтому компост из БО фактически малопригоден для использования в сельском хозяйстве. (Некрасов В. Г. , 1992)

Описание микроудобрения <<Байкал ЭМ-1>>

Новая технология создана в Японии. Используется концентрат, состоящий из 80 микроорганизмов. Они активизируют деятельность других почвенных микроорганизмов, улучшает плодородие почвы, оздоравливают воздух, воду, почву. Эти микроорганизмы могут использоваться для обезвреживания пищевых отходов, отходов животных, птицеводческих ферм и т. д.

В состав полезных микроорганизмов входят разные группы бактерий: фотосинтезирующие, молочнокислые, азотофиксирующие, дрожжи. Эти микроорганизмы, попадая в почву, вырабатывают физиологически активные вещества, аминокислоты, нуклеиновые кислоты и это все оказывает прямое и косвенное влияние на рост и развитие растений.

Применение эм-препарата создает следующие эффекты:

Оздоровление сельскохозяйственных культур, повышение урожайности и качества урожая;

Восстановление плодородия почвы;

Ускоряет всхожесть, цветение, плодоношение растений;

Сдерживание размножения вредных микроорганизмов;

Уменьшается почвоутомление, что позволяет выращивать культуры на одном месте более продолжительное время.

Эм - расшифровывается как <<эффективные микроорганизмы>>. Этот препарат называют также <<Байкал-эм-1>>, так как Бурятия инициатор его применения. (Лавров Н. , 2000)

Исследовательская часть

Изучение влияния физико-химических характеристик почвы на скорость утилизации ТБО

Выбираем участок, с которого будем брать почву. Смешанный образец почвы составляется из пяти индивидуальных образцов.

Точка 1 находится в середине участка. Поэтому на выбранном участке отыскиваем середину и копаем ямку и берем приблизительно до 1 кг почвы. Из разных мест (5-7 мест) перемешанного образца возьмем по горсти почвы и составим пробу почвы весом около 250-300г.

Затем в четырех направлениях от ямки 1 на расстоянии 5 м находим точки 2, 3, 4, 5, выкапываем точно таки же ямки и отбираем в каждой точке средние пробы почвы весом по 250-300 г.

Каждую среднюю пробу (с точек 1, 2, 3, 4 и 5) складываем в ведро. Собрав, пять проб, почву из ведра высыпаем на клеенку, тщательно перемешиваем руками и разравниваем тонким слоем по клеенке. Палочкой рассыпанную почву разделяем на квадратики. Из каждого квадратика возьмем небольшое количество почвы и перемешиваем. Общий вес образца почвы 300-500г. Этот образец будет отражать свойства почвы всего участка.

Пробы почв помещаем в сушильный шкаф на сутки при температуре 80 °С

После сушки образцы растирают в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком.

В ступку насыпаем немного почвы и растираем пестиком все почвенные комочки.

Растертую почву ссыпаем в коробку и хорошо перемешиваем, туда же кладем этикетку, а на коробке пишем номер почвенного образца, который записан на этикетке.

В этих коробках почвенные образцы хранят, из них берем пробы на анализ.

Гранулометрический состав

Наиболее точен так называемый <<мокрый>> метод, основанный на свойстве пластичности почв, способности ее во влажном состоянии сохранять приданную ей форму.

Щепотку почвы смачивают водой до консистенции теста так, чтобы вода из почв не отжималась, но чтобы она была достаточно пластичной. Хорошо размятую почву скатывают в шарик и раскатывают на ладони в шнур толщиной около 3 мм, сворачивают в кольцо диаметром около 3 см. При этом в зависимости от механического состава получаются различные результаты.

Химический состав

Определение кислотности методом колориметрии

Навеску почвы в 10 г поместить в большую пробирку диаметром 2 см, туда же прилить мерным цилиндром 25 мл 1 м раствора хлорида калия. Пробирку закрыть резиновой пробкой, раствор с почвой хорошо взболтать и оставить стоять до следующего дня. Когда почва в пробирке осядет после взбалтывания, нужно слить мутную жидкость, которая задерживается между пробкой и стенками пробирки. Открыть пробирку, ее наклонить и, поворачивая по продольной оси, смыть со стенок пробирки частицы отстоявшейся жидкостью.

На следующий день взять пипеткой 5 мл отстоявшегося раствора, вылить его в сухую пробирку для колориметрического определения, прибавить 0,3 мл комбинированного индикатора. Жидкость хорошо перемешать и сравнить со шкалой при рассеянном свете. Шкала прибора представляет собой ряд запаянных пробирок, заполненных окрашенными растворами, с соответствующими значениями рН.

Испытуемый окрашенный раствор сравнивается со шкалой, необходимо найти в ней пробирку, наиболее совпадающую по цвету с испытуемым раствором.

Значение рН раствора стандартной шкалы, с которым совпал по цвету испытуемый раствор, записывается. Если окраска жидкости не подходит по цвету к растворам шкалы, то берут среднее значение между двумя приближающимися по цвету пробирками.

При помощи этого прибора определяется значение рН в пределах от рН-4 до рН-9. В эти пределы входят значения рН почти всех видов почв нашей страны.

Трилонометрический метод определения кальция в почвах

На аналитических весах в бюксах взвесить 5 г почвы, затем прибавить 30 мл ацетата аммония, тщательно перемешать в течение 3-5 мин. , дать отстояться и жидкость с почвы фильтровать через фильтр <<красная лента>>. Далее почву из колбы промыть ацетатом аммония методом деконденсации маленькими порциями по 3-5 мл до отрицательной реакции на кальций.

Капельку промывной жидкости смешать с капелькой ацетата аммония в уксусно-кислой среде, если не выпадает осадок, следует прекращать промывку почвы.

Фильтрат в колбах поставить на плитку. Прилить 2-3 капли Н2О2 и НNО3, кипятить, после охлаждать. В полученном растворе осаждаются оксиды тяжелых металлов, и каплями прибавляют NН4ОН до щелочной реакции. Если в растворе появились хлопья или осадок, то следует еще раз профильтровать. Холодный фильтрат подщелачивают до щелочной реакции. Полученный фильтрат, переносят в мерную колбу емкостью 100 мл. этот раствор будет предназначен для определения Са.

Разбавляем дистиллированной водой до метки и перемешивают.

В 3 конические колбы берем 10 мл, добавляем 2 мл 0,5 н раствора NаСО3, затем приливаем 2 мл NаОН, добавляем еще несколько кристаллов диэтилдитиокарбомата Nа, затем 2 мл солянокислого гидроксиламина, немного воды и 10 мл аммиачного буферного раствора, берем на кончике шпателя мурексид и титруем из бюретки трилоном Б до изменения окраски до фиолетового цвета.

ω Са (Мg) = А*0,05К*100/С, где

А - средний V трилона Б, пошедший на титрование почвенного раствора;

0,05 - концентрация трилона Б;

К - поправочный коэффициент = 1;

С - масса навески почвы эквивалентная аликвотной части раствора.

Методика изучения влияния <<Байкала ЭМ-1>> на утилизацию бытовых и пищевых отходов.

1. Размещаем каждую почву в 3 коробки.

2. Из каждой пробы выбираем по одной пробы для контроля.

3. Два вида почв в течение месяца обрабатываем препаратом <<Байкал ЭМ-1>>, одну из видов проб обрабатываем простой водой.

В ходе исследования выявлено:

1. Микроудобрение удобрение <<Байкал ЭМ-1>> способствует разложению бытовых отходов и влияет на химический состав почвы.

2. Почвы города имеют глинистую структуру, практически однородны, с нейтральным значением рН, культивируемые почвы рыхлые, кислые.

3. Применение микроудобрения <<Байкал ЭМ-1>> влияет на кислотность и химический состава почвы.

4. Наиболее эффективно влияние <<Байкала ЭМ-1>> на ускорение разложения бытовых отходов в почвенных образцах с глинистым типом почвы, плотной структурой. Наименее эффективно влияние микроудобрения на разложение бытовых отходов в почвенных образцах, взятых на опушке леса. Скорость разложения БО наибольшая в образцах со значением рН среды приближенным к нейтральным. Увеличение и уменьшение кислотности ведет к ухудшению разложения БО в образцах почв.

Проектная часть.

В связи с проделанной нами работой мы предлагаем следующий проект утилизации БО:

1 этап: Сортировка при приеме БО от населения

2 этап: Вывоз БО на специальный полигон.

3 этап: Закопка БО в специальные ямы.

4 этап: Обработка закопанного БО микроудобрение <<Байкал - ЭМ-1>>.

5 этап: Использование полученного компоста в качестве органического удобрения

Приготовление компоста с применением ЭМ <<Байкал>>

Состав: органические отходы, сахарный сироп, опилки, дерновая земля.

Время приготовления: 2 месяца

Способ приготовления:

1. Ферментацию проводить в яме глубиной 0,5 м.

2. Разнообразные органические измельченные отходы, опилки, дерновую землю (10 кг на 100 кг компоста) тщательно перемешать

3. Пролить послойно из лейки раствором 1:100 (на 10 л воды добавить 100 мл ЭМ-1 и 100 мл сиропа). Влажность компоста должна быть около 40%.

4. Компост утрамбовывать, накрыть пленкой, присыпать землей.

Бизнес-план производства компоста

Производственная часть

Сбыт продукции. Для того чтобы окупить средства, вложенные в создание компостной ямы, и получить прибыль требуется реализовать от 2-3 партий компоста. Сбыт компоста больших затруднений не вызывает. Лучше реализовывать товар небольшим частным хозяйствам.

Персонал. Количество персонала будет зависеть от площади компостной ямы. Работа осуществляется вручную.

Закуп ЭМ <<Байкал>>. Для производства 100 кг компоста 100 мл <<Байкал ЭМ-1>>.

Финансовая часть

Стоимость оборудования:

Лопата - 250 руб.

Ведра - 100 руб/шт.

Пленка полиэтиленовая - 50 руб/погонный метр

Тачка садовая - 2500 руб/шт.

Удобрение <<Байкал ЭМ-1>> - 250 мл/77 руб.

Персонал. Для обслуживания 100 м² потребуется 2 человека. Зарплата рабочего - от 10 тыс. руб.

Стоимость полученного компоста: 1 ведро компоста - 15 рублей. За месяц при условии одновременного заполнения 50 % ямы выход составляет - 2500 ведер - 37500 руб.

Общие затраты могут составить от 30750 руб/месяц.

Окупаемость - 2 месяц.

Использование данных полученных в ходе эксперимента может помочь в решении этой проблемы. Тем более, что компостирование, как способ утилизации БО - наиболее удобен для использования. Учет таких параметров как тип почв и уровень их кислотности, при сооружении комплексов для утилизации БО, повысит их эффективность, не требуя дополнительных финансовых вложений. Данные финансовых затрат и выгоды отображены в экономическом обосновании. Выдвинутая нами гипотеза о том, что разложение бытовых отходов в почвах с разными физико-химическими характеристиками будет более эффективным при использовании микроудобрения <<Байкал ЭМ-1>>, подтверждена. Значит, цель, влияние бактериального удобрения на степень разложения БО и изменения состава почвы, достигнута.

Предложенный способ решения проблемы является экологически чистым, целесообразно использовать для частных хозяйств, сельских населенных пунктов, поскольку в данном случае проект является экономически выгодным. Использование в крупных населенных пунктах экономически не выгодно, так как требует больших площадей для утилизации БО и значительных финансовых затрат (аренда площадей, покупка микроудобрения, обслуживание комплекса).