Технологии и машини за компостиране

Историята на компостирането се простира далеч назад във времето. Първите писмени сведения за използване на компост в селското стопанство се появяват още преди 4500 години в Месопотамия.

Римляни, египтяни и гърци активно са използвали компостирането, което може да се установи дори чрез Талмуда, Библията и Корана. Археологически разкопки потвърждават, че и цивилизацията на маите също е била запозната с компостирането 2000 години преди нас.

Въпреки че основите на компостиране в градинарството са известни от незапомнени времена, през ХIХ в. много по-голямо разпространение получават минералните торове, а към края на Втората световна война земеделието започва да се възползва от резултатите на научни разработки и повсеместното приложение на химическите подобрители заменя компоста.

Органичната преработка в наши дни не е изцяло връщане към миналото, тъй като тя се възползва от всички достижения на съвременната наука. Всичките химични и микробиологични процеси, които протичат в куповете компост, са изучени до най-малкa подробност и това дава възможност за целенасочена подготовка на материала, както и за управление и регулиране на процесите в нужната посока.

Фактори, влияещи върху процеса
За да е успешен процесът на компостиране, трите най-важни фактора са подходяща температура, подходяща влажност и подходящ достъп на кислород.

В естествени условия процесът на биоразграждане протича бавно, на повърхността, при температурата на околната среда и в този смисъл компостирането е начин за ускоряване на естественото разграждане в контролируеми условия.

В отпадъците обикновено съществува смесена ендогенна микрофлора, чиято активност се увеличава, когато съдържанието на влага и концентрация на кислород достигнат необходимото равнище. Освен кислород и вода, необходими за размножението са и източници на въглерод, азот, фосфор, калий и други микроелементи.

Те често се набавят чрез веществата, съдържащи се в отпадъците. Микроорганизмите се размножават и произвеждат вода, въглероден диоксид, органични съединения и енергия. Част от енергията, получена при биологичното окисление на въглерода, се изразходва в метаболитни процеси, а останалата се отделя под формата на топлина.

Така биомасата се превръща в материал с по-проста структура (компост), който е по-стабилен, по-хигиеничен и може да бъде полезен в земеделието и за възстановяване на органичната материя в почвите. Често думата “компостиране” се използва и при разграждане на твърди битови отпадъци (след механично разделяне на органична и неорганична материя), но тогава качеството на получения материал е по-ниско и той би следвало да бъде изхвърлен.

Използвани технологии
Теоретично компост може да се направи от всяка органична материя – част на организъм, растение или животно, която съдържа въглерод. Отпадъците, които обикновено са компостирани, варират от градски боклук, който представлява смес от органични и неорганични компоненти, до по-хомогенни субстрати като животински и растителни отпадъци, утайки и нечистотии.

В домашни условия и по-малки градини компостирането все още се извършва на купове, но в промишлени условия са необходими специални съоръжения и инсталации.
Компостирането до неотдавна (80-те години на XX в.) е осъществявано основно на открито, чрез събиране в куп и периодично разбъркване, което осигурява достъп до кислород.

Тази технология все още е често срещана в земеделието, но тъй като обикновено се осъществява върху открита почва, крие определени рискове от замърсяване. Защитата на околната среда е и една от причините за появата на по-сложни технологични решения за компостиране, които започват от използването на т. нар. биологични реактори и стигат до компютърните системи в заводите за отпадъци.

Най-общо можем да разделим инсталациите за компостиране на отворени и затворени системи в зависимост от това дали се извършват в открити и полуоткрити пространства или в затворени помещения. По екологични съображения затворените системи са предпочитани в първата част на процеса – складирането. Друго предимство, освен намаленото замърсяване на околната среда, е независимостта от метеорологичните условия.

Заради отделянето на вредни газове и неприятни миризми по време на компостиране модерните инсталации разполагат с т. нар. биофилтри, които по биологичен път отстраняват голяма част от миризмите. Те се състоят от въздушна камера, филтриращ материал, подова настилка, държащи стени (най-често с височина до 1,5 м) и може да включват покритие, както и устройство за овлажняване на влизащия въздух.

Компостиране на купове
Традиционната технология за компостиране на купове може да бъде осъществявана както на открито, така и на закрито. Размерите на куповете зависят от обработваемия материал и от начина, по който ще се осъществява достъпът до кислород.

В модерните инсталации снабдяването на куповете с въздух става посредством системи за форсирано аериране, които могат да бъдат компютъризирани и да се задействат автоматично, когато датчиците отчитат ниво, по-ниско от зададеното предварително. Куповете имат решетъчни подови настилки, през които въздухът може да бъде засмукван чрез вентилатори, а когато са разположени на открито, се препоръчва да бъдат покрити с платна, произведени от материал, който не пропуска вода, а само газове.

Един от по-ниско икономичните варианти на събирането в купове е компостирането в пластмасови чували. Те представляват големи пластмасови торби с ускорена вентилация, широки между 2 и 4 м и с дължина до 150.

Чувалите се пълнят със специална преса и посредством перфорирани тръби се свързват към системата за подаване на въздух, която размесва въздушния поток и разширява обема на торбата. Основният недостатък на този начин на компостиране е невъзможността за почистване на въздуха.

По-сложните инсталации на купове включват механично разбъркване чрез размесващи машини. Те осигуряват по-висока скорост на целия процес и по-добра хомогенност на крайния продукт.

Компостиране в биологични реактори
В сравнение с обработката в купове компостирането в реактори може да използва по-високи технологии и да гарантира по-висока степен на контрол и ефективност. Компостирането в затворени системи най-общо протича през следните няколко етапа: доставяне, смилане и разбъркване на материала; поставяне на разбърканата маса в реактора.

Условията се контролират чрез контролиране на входящия и изходящия въздушен поток. Миризмите се премахват чрез извличане на въздуха от системата. Следващият етап е мониторинг и регулиране на въздушния поток, а при последният компостът се премества и изпраща за узряване.

Реакторите обикновено са във формата на кутии и разликите помежду им се състоят в това как се следи и управлява достъпът до въздух.

Биологичните реактори за компостиране могат да бъдат разделени на три вида: вертикални, хоризонтални и въртящи се (цилиндрични).
Вертикалните реактори най-често са високи над 4 м. Органичният материал се изсипва отгоре и се разтоварва отдолу чрез различни механични устройства.

Въздухът влиза от долната част на реактора в посока, противоположна на движението на материала и излиза от горната част, като обикновено преминава през биофилтър. Този тип системи се използват все по-рядко, защото контролът над процесите в тях е затруднен заради височината им и по-високата нужда от въздушен поток на единица площ.

Хоризонталните реактори, които са много по-разпространени, са високи между 1 и 3 м и по-рядко имат проблеми с висока температура. Хоризонталният въздушен поток служи и за допълнително смесване на органичния материал. Изсипването и разтоварването се извършва чрез различна апаратура. В някои случаи реакторите стигат и до 60 м дължина и са подходящи при често, ежедневно насипване.

 Машините за обръщане обикновено се движат на релси и могат да бъдат премествани между различни пътеки.
В последните години популярност добиват цилиндричните реактори. Те работят чрез цилиндър с дължина до 45 м, който се върти непрекъснато с ниска скорост и служи както за придвижване на въздушния поток, така и за смилане.

Тъй като хомогенизиренето се осъществява по-бързо, материалите в тези реактори престояват само няколко дни. За да бъде качествен полученият компост обаче, след този процес той би трябвало да бъде преместен и подложен на допълнителна биологична обработка.

Машини за компостиране
Процесът на компостиране е както биологичен, така и механичен. След като материалът е стоварен, той трябва да бъде филтриран, отделен, раздробен на малки части и смлян, а всички процеси след това трябва да бъдат контролирани и по възможност оптимизирани.

Подготовката на органичната материя включва раздробяването й на парченца не по-големи от 75 мм и може да се извършва с помощта на машини за смилане. Те са монтирани върху подвижно или неподвижно шаси, което обикновено се придвижва от трактори.

При раздробяване на битови отпадъци се използват машини с един или два зъбни ротора. Машината за смилане може да подпомага смесването на различните продукти, съставящи субстрата за компостиране (трева, слама, храсти и клони, корени и използвани дървета, касетки от плодове и зеленчуци, палети и т. н.).
Товаренето на продукта се извършва отгоре с помощта на кош (в някои случаи монтиран върху самата машина за смилане) или с предна вила, прикрепена към трактора.

Разтоварването на продукта се извършва директно върху терена или на куп посредством елеваторна лента. Върху лентата може да се монтира магнитен сепаратор, за да бъдат отстранени евентуални метални материали.

В предприятията за компостиране, работещи със смесени органични отпадъци, в крайния продукт обикновено остават частици от пластмаса, които би трябвало да бъдат отстранени. Най-често използваните за тази цел машини са въздушните сепаратори, които отделят във въздушен поток лекия материал като пластмасово фолио.

Машините за изстискване намаляват влагата и отстраняват излишната вода. Получената с помощта на изстискване течност се подлага на анаеробна ферментация, при което се получава биогаз. Машината, която се използва за тази цел, се състои от едно или две винтови устройства, въртящи се с малка скорост във вътрешността на цилиндър.

Най-често срещаните машини за смесване, които работят в инсталации с купове, са самоходни с надлъжно транспортиране на продукта, а най-разпространената технология е тази на обкрачващи купа машини.

Апаратът за смесване се състои от хоризонтален ротор, перпендикулярен на посоката, в която се движи напред машината, носещ две винтови спирали с остриета, една дясна и една лява, които прибират материала към центъра; в центъра, към ствола, обикновено са монтирани лопати, които да изгребват назад продукцията.

Размерите на обработваните от тези машини купове варират в зависимост от наличните мощности и са по-големи при самоходните машини.

Най-мощните самоходни машини, снабдени с мотори от 250-350 kW, имат работен капацитет 2500-3000 m3/h; тези от класа 150-200 kW обработват 1500-2000 m3/h.
Машините, теглени странично от трактор, са подходящи за разработка на работни площадки със средно малки размери и се използват предимно в областта на земеделието за третиране на животински отпадъци или на биомаса, генерирана в земеделското производство.

Машините за размесване с наклонена подемна лента се използват от много десетилетия насам, макар че винаги са били източник на проблеми поради деликатността си (особено ако са лишени от предна защита). Те осигуряват по-добро снабдяване с кислород на материала в сравнение с онези с винтов ротор, поради по-дългия контакт на биомасата с атмосферния въздух. Самодвижещите се машини за размесване са с работна ширина до 3 м и могат да обработват купове до 3 м.

Отстраняването на грубия материал, който в някои случаи може да достигне голям процент, се осъществява с помощта на машини за сортиране. Те обикновено са подвижни и се състоят от въртящ се барабан с цилиндрична форма за пресяване и две транспортни ленти – за разтоварване на готовия компост и за разтоварване на излишния материал.

Преди да бъде продаден или оползотворен по друг начин, компостът може да бъде опакован в торби и по този начин защитен. Това се извършва или на ръка, или с автоматизирани пакетиращи машини.

Според различни изчисления сепарирането на домашни и градински отпадъци и преобразуването им в компост може да намали с около 25% количеството, което се изпращат в традиционните сметища.

Въпреки че компостирането все още се свързва с малки градински обекти и домашно рециклиране, то все по-сигурно се превръща в сериозна индустрия, която е полезна за общините, за големите предприятия, а не на последно място и за околната среда.