Научная статья на тему 'ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ НА ОПЫТНОМ ЗАВОДЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ'

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ НА ОПЫТНОМ ЗАВОДЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
100
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТКО / МЕХАНИЗИРОВАННОЕ КОМПОСТИРОВА- НИЕ / MECHANIZED COMPOSTING / АКТИВАТОРЫ КОМПОСТИРОВАНИЯ / МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОТХОДОВ / MICROBIOLOGICAL COMPOSITION OF WASTES / ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА / USE OF LOW-PO- TENTIAL HEAT / ПЕРЕРАБОТКА ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ / TOXIC WASTE TREATMENT / MSW / COMPOSTING ACTI- VATORS

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Козлов Григорий Владимирович, Зуева Елена Викторовна, Пушкарев Михаил Алексеевич, Наумов Александр Михайлович, Гарабаджиу Александр Васильевич

Работа посвящена всестороннему изучению микробиологии процесса механизированного компостирования твердых ком- мунальных отходов (далее - ТКО). Изучены пофракционный состав ТКО в различные сезоны года, распределение содер- жания микрофлоры по длине барабанного биореактора ме- ханизированного компостирования, колебания микробиоло- гического состава компоста различных сроков дозревания в зависимости от времени года. Определено удельное количе- ство теплоты, выделяющейся в процессе компостирования. Изучено влияние температурных режимов дозревания на разнообразие микрофлоры компоста, определены ключевые виды бактерий, обеспечивающих процесс саморазогрева ТКО при компостировании, произведена оптимизация раннее раз- работанных активаторов компостирования в приложении к целевым культурам микроорганизмов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Козлов Григорий Владимирович, Зуева Елена Викторовна, Пушкарев Михаил Алексеевич, Наумов Александр Михайлович, Гарабаджиу Александр Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF MICROBIOLOGICAL ASPECTS OF WASTE PROCESSING AT EXPERIMENTAL MECHANIZED WASTE PROCESSING PLANT

A comprehensive study of the microbiology of the process of mech- anized composting of municipal solid waste (MSW) is presented. The MSW fractionation composition in different seasons of the year, the distribution of the microflora content along the length of the drum bioreactor of mechanized composting, and the depen- dence of fluctuations in the microbiological composition of compost of different maturing periods on the season of the year were stud- ied. The specific amount of heat released during the composting process was estimated. The influence of temperature conditions of maturing on the variety of compost microflora was studied, key types of bacteria responsible for the process of MSW self-heating during composting were identified, and the earlier developed com- posting activators were optimized in application to target cultures of microorganisms.

Текст научной работы на тему «ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ НА ОПЫТНОМ ЗАВОДЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ»

УДК 579.63+579.66

Grigory V. Kozlov1, Elena V. Zyeva2, Mikhail A. Pushkarev3, Alexander M. Naumov4, Alexander V. Garabadzhiu5, Daniil Yu. Belyaev6, Dmitry P. Danilovich7, Alexander V. Tsvetkov8

STUDY OF MICROBIOLOGICAL ASPECTS OF WASTE PROCESSING AT EXPERIMENTAL MECHANIZED WASTE PROCESSING PLANT

St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), 26, Moskovsky Pr., St Petersburg, 190013, Russia e-mail: kozlov_gv@mail.ru

A comprehensive study of the microbiology of the process of mechanized composting of municipal solid waste (MSW) is presented. The MSW fractionation composition in different seasons of the year, the distribution of the microflora content along the length of the drum bioreactor of mechanized composting, and the dependence of fluctuations in the microbiological composition of compost of different maturing periods on the season of the year were studied. The specific amount of heat released during the composting process was estimated. The influence of temperature conditions of maturing on the variety of compost microflora was studied, key types of bacteria responsible for the process of MSW self-heating during composting were identified, and the earlier developed composting activators were optimized in application to target cultures of microorganisms.

Keywords: MSW, mechanized composting, composting activators, microbiological composition of wastes, use of low-potential heat, toxic waste treatment.

Г.В. Козлов1, Е В. Зуева2, М.А. Пушкарев3, А.М. Наумов4, А.В. Гарабаджиу5, Д.Ю. Беляев6, Д.П. Данилович7, А.В. Цветков8

ИЗУЧЕНИЕ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ НА ОПЫТНОМ ЗАВОДЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр., 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия e-mail: kozlov_gv@mail.ru

Работа посвящена всестороннему изучению микробиологии процесса механизированного компостирования твердых коммунальных отходов (далее - ТКО). Изучены пофракционный состав ТКО в различные сезоны года, распределение содержания микрофлоры по длине барабанного биореактора механизированного компостирования, колебания микробиологического состава компоста различных сроков дозревания в зависимости от времени года. Определено удельное количество теплоты, выделяющейся в процессе компостирования. Изучено влияние температурных режимов дозревания на разнообразие микрофлоры компоста, определены ключевые виды бактерий, обеспечивающих процесс саморазогрева ТКО при компостировании, произведена оптимизация раннее разработанных активаторов компостирования в приложении к целевым культурам микроорганизмов.

Ключевые слова: ТКО, механизированное компостирование, активаторы компостирования, микробиологический состав отходов, использование низкопотенциального тепла, переработка токсичных отходов.

Введение

За все время существования проблемы обращения с ТКО выработано три основные стратегии обращения с ними: сырьевая, энергетическая и биотехнологическая.

Споры о том что более целесообразно - сжигание или компостирование не утихают до сих пор, однако

данная отрасль из-за своих масштабов и огромной значимости для благополучия населения чрезвычайно консервативна.

Действующие объекты отрасли обращения с ТКО в Российской Федерации эксплуатируются десятилетиями и мы в какой то степени являемся заложниками решений, принятых в середине прошлого века.

1 Козлов Григорий Владимирович, канд. биол. наук, доцент каф. микробиологического синтеза СПбГТИ(ТУ), e-mail: kozlov_gv@mail.ru Grigory V. Kozlov, Ph.D (Biol.), Associate Professor, Department of Technology of Microbiological Synthesis, SPbSIT(TU)

2 Зуева Елена Викторовна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. молекулярной иммунологии, СПб НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Пасте-ра, ул. Мира, д.14, 197101, Санкт-Петербург, Россия, e-mail: elenazueva9@gmail.com

Elena V. Zueva, Ph.D (Biol.), Senior Researcher of the Laboratory of Molecular Immunology, Saint-Petersburg Pasteur Institute, 14, Mira str., 197101, St Petersburg, Russia

3 Пушкарев Михаил Алексеевич, ст. преподаватель каф. микробиологического синтеза СПбГТИ(ТУ), e-mail: malexpush@bk.ru Mikhail A. Pushkarev, senior lecturer, Department of Technology of Microbiological Synthesis, SPbSIT(TU)

4 Наумов Александр Михайлович - выпускник бакалавриата каф. микробиологического синтеза СПбГТИ(ТУ), e-mail: alexandrnauv@gmail.com Alexander M. Naumov, bachelor, Department of Technology of Microbiological Synthesis, SPbSIT(TU)

5 Гарабаджиу Александр Владимирович, - Проректор по научной работе СПбГТИ(ТУ), e-mail: gar-54@mail.ru Alexander V. Garabagiu, Dr Sci. (Chem.), Vice-rector for scientific work of SPbSIT(TU)

6 Беляев Даниил Юрьевич - Студент 1го курса магистратуры каф. микробиологического синтеза СПбГТИ(ТУ), e-mail: dan.beliaev2010@yandex.ru Daniil Yu. Belyaev, 1st year student of master's degree program, Department of Technology of Microbiological Synthesis, SPbSIT(TU)

7 Данилович Дмитрий Петрович - старший преподаватель кафедры химической технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, куратор инжинирингового центра СПбГТИ(ТУ), e-mail: dmitrydanilovich@gmail.com

Dmitry P. Danilovich, senior lecturer of the Department of Chemical Technology of refractory nonmetallic and silicate materials, curator of the engineering center of SPbSIT(TU)

8 Цветков Александр Владимирович, гл. специалист отдела регулирования в сфере обращения ТКО комитета по благоустройству СПб, e-mail: fiower_1804@mail.ru

Alexander V. Tsvetkov, main specialist of the department of regulation in the sphere of circulation of the MSW Committee for the improvement of St. Petersburg

Дата поступления - 25 Сентября 2017 года

В Москве обезвреживание ТКО осуществляется путем их сжигания на четырех мусоросжигательных заводах, в Санкт-Петербурге применяется комплексная механизированная переработка ТКО по технологии аэробного компостирования на двух производственных площадках СПб в п. Янино Всеволожского района Ленинградской области и на Волхонском шоссе, 116 Красносельского района Санкт-Петербурга (далее - производственные площадки СПб ГУП «Завод МПБО-2»).

Внедрение технологий сжигания ТКО в Санкт-Петербурге неоднократно предлагалось к реализации (чему способствует рост содержания упаковочных материалов в составе ТКО [1-3]), но встретило негативное отношение жителей, общественных организаций и депутатов Законодательного Собрания Санкт-Петербурга.Более рационален путь увеличения глубины предварительной обработки ТКО в рамках использования традиционной для Санкт-Петербурга технологии с проведением модернизации действующих производственных площадок СПб ГУП «Завод МПБО-2» с целью увеличения глубины обработки ТКО и повышением полноты использования вторичных ресурсов.

Необходимость модернизации производств на действующих площадках СПб ГУП «Завод МПБО-2» обусловлена тем, что применяемая с середины 80-х годов технология была ориентирована на морфологический состав ТКО того периода. В результате обезвреживания ТКО образовывалось значительное количества компоста, ранее используемого в качестве биотоплива в тепличном хозяйстве [4]. В настоящий момент компост, в результате изменившегося морфологического состава ТКО, не имеет товарного спроса и используется на полигонах в качестве укрывающего слоя, что приводит к потере остаточного энергетического потенциала компоста.

Целью работы является всестороннее микробиологическое исследование технологического процесса механизированной переработки отходов и корректировка состава разработанных нами ранее активаторов компостирования (ТУ 2189-006-03280885-2004 «Активирующая добавка для ускорения компостирования твердых бытовых отходов и сокращения сроков созревания компоста») в приложении к конкретным культурам микроорганизмов, вносящим наибольший вклад в процесс саморазогрева компостируемой массы ТКО.

Материалы и методы

Отбор проб осуществляли на площадках сбора ТКО, производственных площадках СПб ГУП «Завод МПБО-2». Влияние температуры дозревания на микробиологический состав компоста изучали в лабораторных условиях (объем навески компоста - чашка Петри, регулирование температуры - термостат). Микророрганизмы определяли высевом на плотные питательные среды (питательный агар, сусло-агар, висмут-сульфитный агар и цитратный агар), с последующей их идентификацией методом матрикс - опосредованной лазерной десорбции/ионизации времяпро-лётной fMALDI-TOF) масс-спектрометрии. Образцы бактериальных клеток, взятых от единичных колоний каждого штамма, наносили на позиции стальной 96 -местной MALDI мишени и обрабатывали образцы 70 % раствором муравьиной кислоты для лизиса клеток. После высыхания образца на него наслаивали 1 мкл ма-

трицы, представляющей собой насыщенный раствор а-циано-4-гидроксикоричной кислоты (Bruker Daltonik) в водном растворе 50 % ацетонитрила и 2,5 % трифто-руксусной кислоты (Sigma-Aldrich). Спектры образцов получали в линейном положительном режиме работы масс - спектрометра "Microflex LRF" (Bruker Daltonik, Германия) в диапазоне значений соотношений массы к заряду (m/z) от 2 до 20 kDa. Масс-спектры образцов представляли собой сумму ионов, регистрируемых от 240 лазерных вспышек, полученных в различных регионах одной и той же ячейки MALDI - мишени, выполненных в автоматическом режиме с помощью программного обеспечения "Biotyper 3.1" (version 3.0; количество спектров [MSP] клеточных микроорганизмов 5627) (Bruker, Германия).

Отсев несущественных компонент проводили с использованием плана Плакетта-Бермана [5]. Оптимизацию состава питательной среды проводили по биомассе микроорганизмов, отмытых от культураль-ной жидкости физиологическим раствором (для устранения влияния окрашенных компонентов питательных сред, прежде всего - лигногумата). Теплотворную способность определяли методом дифференциальной сканирующией калориметрии на дериватографе Shimadzu DTG-60 (на базе инжинироингового центра СПбГТИ (ТУ)).

Результаты и обсуждение

Механизированное компостирование осуществляется за счет содержащихся в ТКО микроорганниз-мов, при этом, по мере роста температуры, происходит изменение состава микрофлоры. Для выявления ключевой для процесса биотермической санации таксономической группы микроорганизмов были изучены колебания микробиологического состава различных фракций ТКО в течение года, изменение содержания микроорганизмов в процессе биотермической санации в барабанном реакторе.

Для определения пути рационального использования компоста было исследовано изменение его микрофлоры при дозревании в штабелях на открытых площадках.

Микробиологическая характеристика ТКО, образуемых в Санкт - Петербурге, как сырья для технологического процесса. Данные по количеству микроорганизмов во фракциях ТКО обобщены на рисунке 1 по сезонам. Содержание микроорганизмов менее 1-103 КОЕ/г не учитывалось. Содержание микроорганизмов в гигроскопичных фракциях отходов по общему микробному числу (ОМЧ) более высока в осенне-зимний период (рисунок 1в и 1г), что связано с большим количеством осадков. Содержание грибов, условно-патогенных бактерий и энтеробактерий в большей степени зависит от температуры и минимально зимой (рисунок 1г) и весной (рисунок 1а). Летом ОМЧ фракций ниже из-за испарения влаги, однако высокие температуры обеспечивают макисмальное содержание микрофлоры, относящейся к условно-патогенным и колиморфным микроорганизмам. Наиболее обсемененными являются высоко гигроскопичные фракции - «пищевые отходы» (влажность > 90 %), «отсев» и «прочее» (влажность 80 %), текстиль (влажность > 40 %). Менее гигроскопичные фракции имеют обсемененность на несколько порядков ниже: «кожа и резина» (влажность 13,3 %), «цветной металл» - 8,3 %.

Рисунок 1. Микробиологическая характеристика влажных ТКО г. Санкт-Петербурга по сезонам года: а-весна, б-лето, в-осень, г-зима. Титр менее 1 103 КОЕ/г не учитывается

Наибольшее влияние на содержание микроорганизмов оказывает влажность, так во фракциях воздушно сухих ТКО (рисунок 2) содержание микрофлоры падает на 5-8 порядков (влажность воздушно сухих фракций различна: «пищевые отходы» - 6,7 %; «бумага» - 4,2 %, «текстиль» - 2,5 %; «прочее» - 4,8 %, «отсев» - 5 %). Видовой состав микрофлоры фракций ТКО так же различен по своему составу: во фракции «пищевые отходы» доминируют виды Bacillus cereus и Achromobacter denitrificans; во фракциях «бумага», «текстиль» - виды Enterobacter cloacae, E. asbuburiae, Stenotrophomonas maltophilia; фракция «стекло» содержит Bacillus thuringiensis; фракция «прочее» виды Klebsiella oxutoca, Pseudomonas sp., Rahnella aquatilis; «отсев» - Geobacillus stearothermophilus, Pseudomonas fulva. Виды, содержание которых составляло менее 103 КОЕ/г нами не учитывались. Было так же проведено определение термофильной составляющей микрофлоры фракций ТКО (таблица 1) (доминирующим видом во всех фракциях оказался Geobacillus stearothermophilus).

Микробиологическая характеристика ТКО в процессе санации в барабанном биореакторе. Распределение микроорганизмов по группам и их общее число сильно зависят от условий в биореакторе (рисунок 3), которые неодинаковы по его длине. Максимальное содержание бактерий наблюдается на выходе из биобарабана, в центре титр снижается, а микромицеты вообще не обнаруживаются, так как содержание кислорода в центре биореактора снижено. После выгрузки на площадку дозревания при инкубации в штабелях популяция микромицетов восстанавливается, но титр остается низким.

Рисунок 2. Микробиологическая характеристика воздушно-сухих ТКО г. Санкт-Петербурга в летний период. Титр менее 1 103 КОЕ/г не учитывается

Таблица 1. Содержание термофильных (+55 °С) микроорганизмов по фракциям ТКО

Фракция ТКО Количество бактерий на 1 г сухого веса

Бумага 1,0-108

Пищевые отходы 1,1-108

Кости 2,9-108

Дерево -

Текстиль 3,0-108

Кожа и резина 1,4-109

Полимеры, в том числе ПЭТ 4,0-108

Черный металл -

t,°C

51

50

49

48

47

46

45

44

средняя t по длине биореактора

♦ — lOg JVJE

У / М№

/

S

✓ №1 |№2 №3 4

Пробоотборник

1\ I Загрузка О 1 ° о Выгрузка /\

ТКО \1 J компоста /

□-бактерии; П-микромицеты Рисунок 3. Распределение температуры и содержания микроорганизмов по длине барабанного реактора биотермической санации ТКО (Опытный завод МПБО). Содержание микроорганизмов менее 1103 КОЕ/г не учитывается

Микробиологическая характеристика компоста из ТКО в процессе дозревания в штабелях. Состав микрофлоры компоста меняется по мере дозревания. Нами было проведено изучение микробиологического состава компоста различных сроков дозревания из ТКО по месяцам в течение года, результаты которого сведены к гистограммам на рисунке 4. Из полученных данных можно сделать вывод, что микробиологический состав компоста на выходе из биобарабана и в период дозревания не зависит от времени года (температуры воздуха), так как в дозревающем компосте поддерживается температура порядка 50-60 °С(удельное )

В компосте возрастом более 1 года уже завершены процессы разложения органических веществ, поэтому температура окружающей среды оказывает влияние на микробное число. Количество условно-патогенных микроорганизмов снижается в теплое время года, так как чем ниже температура поступающих отходов, тем ниже температура будет достигнута в биобарабане в процессе первичной биотермической санации, тем больше будет условно-патогенных микроорганизмов. Состав микрофлоры компоста на выходе из биобарабана и в период дозревания характеризуется следующим перечнем видов: Bacillus cereus, B. licheniformis, B. smithii, B. thermoamylovaran, Brevibacillus borstelensis, Bordetella petrii, Castellaniella defragrans. С увеличением возраста компоста несколько изменяется его микробиологический состав. Перечень видов для старого компоста выглядит следующим образом: Brevibacillus borstelensis, Bacillus cereus, B. licheniformis, B. thermoamylovaran, Bordetella petrii, Ochrobactrum tritici, Pseudomonas aerugenosa, P. stuzeri. Бактерии рода Pseudomonas появляются на второй-третий год дозревания после снижения температуры, которая играет ключевую роль в микробиологическом составе компоста. Компост из ТКО содержит значительное количество питательных веществ (общий азот - 0,97-1,02 %; общий фосфор - 0,48-0,52 %; общий калий - 0,33-0,39 %), однако содержание токсичных металлов так же велико (Сиобщ. - 51,4-0,65 мг/ кг; Znобщ. - 477,30-643,70 мг/кг; СОобщ. - 2,70-5,30 мг/ кг; Cdобщ. - 1,40-2,80 мг/кг; РЬобщ. - 277,60-663,50 мг/кг; СГобщ. - 25,70-98,10 мг/кг; NUl. - 22,90-77,40; ASобщ. -2,30-3,50; Ндобщ. - 0,24-0,29 мг/кг).

Рисунок 4. Микробиологическая характеристика компоста из ТКО г. Санкт-Петербурга по сезонам года: а - весна, б - лето, в - осень, г - зима и по срокам дозревания. Титр менее 1103 КОЕ/г не учитывается

О

ÖtJ

cd М

д s

Он s

£ й m н

о с S о и 3 л

л

о

о

~ Я

£ о

о о с

о

6000 5000 4000 3000 2000 1000 о

Горение без дополнительного топлива

Й

0 12-3 5

Срок дозревания компоста в штабеле, годы

Рисунок 5. Изменение теплотворной способности компоста из ТКО в процессе дозревания в штабелях

Микробиологическая характеристика компоста из ТКО в процессе дозревания в мезо- и термофильном режимах в присутствии ПАУ. Ранее была показана возможность рационального использования компоста для переработки твердых, жидких и пастообразных отходов, содержащих ПАУ совместной инкубацией с горячим компостом [6, 7]. Твердые отходы, загрязненные органическими веществами могут быть внесены в компост в гораздо большем количестве, чем жидкие и пастообразные. Оптимальным способом внесения является замена мелкого балласта, находящегося в компосте на твердые отходы, загрязненные вредными веществами, подлежащими детоксикации, таким образом, извлекаемость балласта будет определять ёмкость компоста. Технологическая схема процесса выглядит следующим образом (рисунок 6).

Рисунок 6. Технологическая схема переработки жидких и твердых отходов, содержащих ПАУ совместной инкубацией

с горячим компостом и ТКО

Для компоста возрастом до 1 года извлекаемость чистого компоста составляет от 23 до 38 % по массе в зависимости от влажности (сухой компост разделяется лучше), созревший компост возраста 3 года позволяет извлекать около 40 %, а пятилетний - примерно 50 %. Наибольший интерес представляет свежий компост, поскольку только его использование позволяет обеспечить нужный температурный режим, причем наиболее интересно изучение микробиологического состава компоста в процессе дозревания в присутствии ПАУ при различных температурных режимах. Были выбраны мезофиль-ный +25 °С и термофильный +55 °С режимы. В качестве фона ПАУ использовались гексановые экстракты железнодорожных шпал, нанесенные на оксид алюминия. Эффективность биодеградации ПАУ была показана ранее [6], нас интересовало изменение состава микрофлоры компоста в процессе инкубации. Было проведено лабораторное исследование влияния температуры дозревания свежего компоста на его микробиологический состав. Изменение микробиологического состава при различных режимах компостирования (мезо- и термофильном) приведено в таблице 2.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таблица 2. Микробиологический состав компоста из ТКО в зависимости от температуры

t, °С

+25

+55

Время инкубации,сутки

Brevibacillus sp. Lactobacillus sp., Steno-trophomonas maltophilia, Bacillus sp, Micrococcus luteus (10s)

Lactobacillus sp. Bacillus sp. (106), B. coagulans (105)

20

Microbacterium sp. (108), Enterobacter cloacae, Acinetobacter sp., Pseudomonas sp. (106), Pseudomonas

sp.m,

P. citronellolis, Serratia marcescens, Arthrographis kalrae (104)

Bacillus sp., B. subtilis, B. licheniformis (106)

30

Nokardia asteroids, Lysinibacillus fusi-formis, Bacillus massiliensis, B. coagulans, (105), B. subtilis, B. licheni-formis, Enterobacter cloacae, Ochrobactrum grignonense (104)

Bacillus licheniformis (105) Bacillus sp., (104)

В процессе инкубации поддерживалась влажность от 40 % до 55 % по массе, рН в конце эксперимента при температуре +25 °С составила 7,09, а при +55 °С соответственно 6,41 единиц (исходное значение 7,90).

При температуре +25 °С происходит увеличение микробного разнообразия, в компосте присутствуют представители условно патогенной микрофлоры, при повышении температуры до +55 °С наблюдается сокращение разнообразия в пользу термофильной микрофлоры, в основном представителей рода Bacillus, преимущественно Bacillus licheniformis, перспективными в качестве источников гидролаз [8]. Характер температурно-временных зависимостей работы биореактора и зависимость эффективности активаторов от температуры [9] подтверждает гипотезу, что ключевой микрофлорой являются факультативные термофилы, к которым относятся указанные микроорганизмы.

Кажущееся несоответствие диаграмм на рисунке 4 и данных таблицы 2 (в величине титра микроорганизмов) объясняется лучшими условиями аэрации компоста в штабеле, чем в чашке Петри. Сравнив состав микрофлоры ТКО и компоста с учетом термофильной составляющей можно сделать вывод о том, что большинство видов микроорганизмов ТКО сохраняются в компосте. Ключевой таксономической группой компоста при высоких температурах являются представители рода Bacillus. При дозревании в условиях низких температур велика доля представителей родов Pseudomonas и Enterobacter. Ключевую роль в разогреве компостируемой массы, судя по таблице 2, играет факультативно терморфильный Bacillus sp., изолируемый как из горячего компоста, так и из ТКО.

Коррекция состава активаторов компостирования

Определение ключевых для процесса биотермической санации микроорганизмов и выделение их в чистую культуру позволило провести коррекцию состава предложенных ранее активаторов компостирования ТКО [9], роста факультативно термофильной культуры Bacillus sp. с использованием плана Плакета-Бермана. Изучали влияние состава питательной среды на накопление биомассы. Наиболее важным компонентом питательной среды оказались пептон и сусло (рисунок 7), сахароза и минеральные источники азота наоборот, оказывали недостоверное, но отрицательное влияние (рисунок 8) на рост биомассы (при температуре +30 °С), таким образом, из состава активаторов следует исключить сахарозу и лиг-ногуматы, что позволит снизить расход активаторов (ТУ 2189-006-03280885-2004 «Активирующая добавка для ускорения компостирования твердых бытовых отходов и сокращения сроков созревания компоста») с рекомендо-ваных 7-10-4 % [6] до 3-4-10-4 %.

Profiles far Predicted Values and Desirability

Ji™;hm IbTM \A:I 'I ■

Рисунок 7. Диаграмма Парето влияния компонентов питательной среды на рост биомассы культуры Bacillus sp.

Рисунок 8. Влияние компонентов питательной среды на рост биомассы культуры Bacillus sp.

Выводы

1. Наиболее обсемененными и соответственно опасными в биологическом плане являются фракции «пищевые отходы» «отсев» и «прочее». Необходимо осуществить оборудование контейнерных площадок сбора ТКО навесами, что позволит за счет снижения влажности резко, на 5-8 порядков снизить обсемененность ТКО и их опасность для окружающей жилой застройки. Целесообразно отделение этих фракций перед ручной сортировкой.

2. Наибольший вклад в загрязнение токсичными металлами компоста из ТКО вносят цинк и свинец, что требует извлечения элементов питания на стадии сбора ТКО. С этой целью необходимо организовать раздельный сбор опасных отходов от населения (батарейки, энергосберегающие лампы) на начальной стадии сбора на контейнерных площадках.

3. С целью повышения качества компоста до реализуемой товарной продукции необходимо модернизировать действующие производственные площадки СПб ГУП «Завод МПБО-2», путем оборудования современных му-соросортировочных линий с максимальным отбором из ТКО вторичных ресурсов, а также пищевых отходов для их дальнейшего компостирования.

4. Состав активаторов компостирования по ТУ 2189-006-03280885-2004 «Активирующая добавка для ускорения компостирования твердых бытовых отходов и сокращения сроков созревания компоста», необходимо скорректировать с учетом текущего морфологического и микробиологического состава ТКО, поступающих на производственные площадки СПб ГУП «Завод МПБО-2», исключив из их состава лигногумат, сахарозу и минеральные соли, что позволит снизить удельный расход активаторов с 7-25-10-4 % до 3-4-10-4 %, исключив лигногумат, сахарозу и минеральные соли из их состава при сохранении достигнутого ранее эффекта повышения производительности барабанного биореактора на 20 %.

Работа выполнена в рамках Госконтракта НИЛ «Каталитические технологии», Изучение теплотворной способности было проведено на оборудовании инжинирингового центра Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

Литература

1. Козлов Г.В., Ивахнюк Г.К. Морфологический состав твердых коммунальных отходов по регионам мира в XX и начале XXI века (обзор) // Известия СПбГТИ(ТУ). 2014. № 24(50). С. 58-66.

2. Суворов Д.В., Никогосов А.Х., Якшилов Д.С., Козлов Г.В., Гарабаджиу А.В., Мартынов Н.В. Морфологический состав твердых бытовых отходов г. Москвы // Экология урбанизированных территорий. 2010. № 2. С. 69-72.

3. Якшилов Д.С., Ищенко О.В., Мартынов Н.В., Козлов Г.В., Гарабаджиу А.В., Суворов Д.С., Никогосов А.Х. Изучение морфологического состава твердых бытовых отходов г. Санкт-Петербурга (коммерчески значимые фракции) // Проблемы региональной экологии. 2010. № 4. С. 165-168.

4. Кузьменкова А.М. Использование компоста из твердых бытовых отходов. М.: Россельхозиздат, 1976. 60 с.

5. Plackett R.L., Burman J.P. The Design of Optimum Multifactorial Experiments // Biometrika. 1946. Vol. 33. P. 305325.

6. Ищенко О.В., Якшилов Д.С., Козлов Т.В., Гара-баджиу А.В., Агеева А.А., Мохна В.Н., Карелина Е.В. Использование компоста из твердых бытовых отходов для биодеградации концентрированных токсичных органических отходов // Экология урбанизированных территорий. 2011. № 3. С. 75-79.

7. Козлов Г.В., Гарабаджиу А.В., Анкудинова А.В. Ищенко О.В. Разнообразие деструкторов полициклических ароматических углеводородов // Рос. хим. журн. 2011. Т. LV. № 1. С. 108-119.

8. Yagmurov E.R., Pushkarev M.A., Kozlov G.V. Optimization of culture media for lipase producers Bacillus Licheniformis isolated from the municipal solid wastes compost // Известия СПбГТИ(ТУ). 2017. № 39(65). С. 84-88.

9. Гарабаджиу А.В., Галынкин В.А., Козлов Г.В., Няникова Г.Г. Ускорение процесса биотермической санации и последующего компостирования твердых коммунальных отходов при механизированной переработке // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2006. Т. 2. № 2. С. 35-40.

References

1. Kozlov G.V., Ivahnjuk G.K. Morfologicheskij sostav tverdyh kommunal'nyh othodov po regionam mira v XX i nachale XXI veka (obzor) // Izvestija SPbGTI(TU). 2014. № 24(50). S. 58-66.

2. Suvorov D.V., Nikogosov A.H., Jakshilov D.S., Kozlov G.V., Garabadzhiu A.V., Martynov N.V. Morfologicheskij sostav tverdyh bytovyh othodov g. Moskvy // Jekologija urbanizirovannyh territorij. 2010. № 2. S. 6972.

3. Jakshilov D.S., Ishhenko O.V., Martynov N.V., Kozlov G.V., Garabadzhiu A.V., Suvorov D.S., Nikogosov A.X. Izuchenie morfologicheskogo sostava tverdyh bytovyh othodov g. Sankt-Peterburga (kommercheski znachimye frakcii) // Problemy regional'noj jekologii. 2010. № 4. S. 165168.

4. Kuz'menkova A.M. Ispol'zovanie komposta iz tverdyh bytovyh othodov. M.: Rossel'hozizdat, 1976. 60 s.

5. Plackett R.L., Burman J.P. The Design of Optimum Multifactorial Experiments // Biometrika. 1946. Vol. 33. P. 305325.

6. Ishhenko O.V., Jakshilov D.S., Kozlov T.V., Garabadzhiu A.V., Ageeva A.A., Mohna V.N., Karelina E.V. Ispol'zovanie komposta iz tverdyh bytovyh othodov dlja biodegradacii koncentrirovannyh toksichnyh organicheskih othodov // Jekologija urbanizirovannyh territorij. 2011. № 3. S. 75-79.

7. Kozlov G.V., Garabadzhiu A.V., Ankudinova A.V Ishhenko O.V. Raznoobrazie destruktorov policiklicheskih aromaticheskih uglevodorodov // Ros. him. zhurn. 2011. T. LV. № 1. S. 108-119.

8. Yagmurov E.R., Pushkarev M.A., Kozlov G.V. Optimization of culture media for lipase producers Bacillus Licheniformis isolated from the municipal solid wastes compost // Izvestija SPbGTI(TU). 2017. № 39(65). S. 8488.

9. Garabadzhiu A.V., Galynkin V.A., Kozlov G.V., Njanikova G.G. Uskorenie processa biotermicheskoj sanacii i posledujushhego kompostirovanija tverdyh kommunal'nyh othodov pri mehanizirovannoj pererabotke // Vestnik biotehnologii i fiziko-himicheskoj biologii im. Ju.A. Ovchinnikova. 2006. T. 2. № 2. S. 35-40.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.