АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

Очистка сточных вод разного происхождения есть одна из важнейших экологических проблем. Широко применяемые биологические и прочие методы очистки эту проблему кардинально не решают. Уровень очистки низкий, не все виды стоков поддаются очистке. Занимаемые традиционными очистными сооружениями площади слишком большие, обслуживание высокозатратное, срок действия сооружений низкий, время очистки довольно продолжительное, существует большой риск прорыва очистных сооружений и попадания стоков в реки, озера, другие водоемы.

Этапы традиционной переработки сточных вод (отходов жизнедеятельности человека):

1. приемка сточных вод в камере для сбора крупных отходов с помощью сетки
2. механическая очистка воды в песколовках
3. биологическая очистка в аэротенках под действием микроорганизмов и напора воздуха
4. отстой воды во вторичном отстойнике для осадки ила
5. физико-химическая очистка воды
6. ультрафиолетовая очистка воды
7. переработка осадка ила в метантенках при помощи метановых бактерий в биогаз (метан)
8. сушка остатка ила (биосалидов) до сухого сыпучего состояния
9. утилизация песка на полигон ТБО ил др.
10. сжигание обезвоженных крупных отходов из приемной камеры.

Так, например, бюджет на реконструкцию и постройку новых очистных сооружений для г. Москвы до 2035 г. составляет 658 млн. евро. Эта сумма включает только непосредственную очистку сточных вод без сооружений водозабора и др. инфраструктуры водоснабжения.

Аналогичные технологии переработки сточных вод применяются во всем мире. Однако не обеспечивают полную переработку канализационных стоков.

Факты:

Американский штат Алабама прозвали «платным туалетом США». Алабамцы опасаются, что их штат окончательно превратится в национальную свалку нью-йоркского дерьма. Мегаполисы давно не справляются с количеством фекалий, производимым растущим населением, и вынуждены отправлять их в другие штаты, отдавая предпочтение южным — из-за низкой цены. Местные власти, чтобы пополнить скудный муниципальный бюджет, готовы принимать «импортные» каловые массы, однако население категорически против того, чтобы содержимое сточных вод и другие отходы свозились на их земли со всей страны. Последней каплей стали 200 вагонов фекалий из Нью-Йорка: поезд на два месяца застрял на территории одного из городков Алабамы, сводя с ума его жителей. Заявления властей, что подобный бизнес совершенно легален, а очищенные сточные воды безвредны, не действуют. «Дерьмовая война» Юга и Севера.

2,8 млрд, человек или 40% процентов населения планеты живут без канализации. К 2030 г, это цифра достигнет 5 млрд, человек на фоне ожидающегося сокращения международной помощи населению третьих стран в обеспечении питьевой водой и санитарии.

Каждый год взрослый человек выделяет в среднем 0,5 т отходов.

Применение электроплазменной технологии очистки стоков имеют все преимущества перед существующими и решают эту проблему кардинально. При строительстве новых очистных сооружений применение этой технологии позволит сделать такие сооружения компактными, которые занимают площадь в сотни раз меньше, чем при существующих технологиях. Электроплазменная технология дает возможность практически очищать любые стоки, включая не только отходы жизнедеятельности, но адаптируется к очистке любых стоков промышленных предприятий.

Переработка отходов животноводства

Существующие виды переработки навоза от КРС, свиней, лошадей:

1. компостирование (перегнивание и уничтожение паразитов и патогенных микробов естественным путем)
2. вермикомпостирование (переработка навоза с помощью калифорнийских червей)
3. метод внесения бактерий
4. гранулирование обеззараженного и высушенного навоза
5. получение горючего биогаза
6. переработка в кормовые добавки, органические удобрения узкого спектра применения, биопластик, строительный материал.

Дополнительно, в США запретили использовать птичий помет как удобрение, поэтому стали перерабатывать в активированный уголь и применяют как адсорбент в устройствах водоочистки.

Факты:

В России и большинстве стран не соблюдаются нормы хранения и переработки отходов от животноводства. Средства массовой информации регулярно освещают факты утилизации навоза и куриного помета на поля с\х - назначения.

В России ожидается принятие Закона о причислении навоза и птичьего помета к отходам 3-4 класса опасности, что повлечет за собой получение лицензии всем предприятиям, работающим с этими видами отходов и уплату дополнительных налогов и штрафов.

В мире существует высокая зависимость от неорганических средств возделывания. Устаревшие учебники и существующие методики по сельскому хозяйству рекомендуют внесение минеральных удобрений, хотя только 25%-ов из них усваивается, а остальное количество заражает почву и впитывается в грунтовые воды, влияет на состояние воздуха, ведет к необратимым последствиям.

Потребность в питании снизили соотношение площадей пахотных земель до менее 0,2 Га на 1 чел., Согласно доклада Всемирной организации здравоохранения урожайность в мире должна быть увеличена не менее чем на 50% с 1 Га, чтобы удовлетворить растущий спрос. Для этого должны применяться органические удобрения на основе гуминовых кислот.

Быстрорастущий спрос на органическую продукцию в Европе, США, Азии подстегивает рост рынка органических удобрений.

На 2011 год рынок органических удобрений составлял 0,6 млрд. долл. США

На 2018 год рынок органических удобрений составляет б млрд. долл. США.

На 2022 год ожидается рост до 11 млрд. долл. США.

Рыночная цена на органические удобрения с гуминовыми кислотами варьируется от 300 до 4000 долл. США за 1 тонну.

Характеристика гуминовых кислот

Гуминовые кислоты получают из разных видов сырья:

• окисленный бурый уголь (места отвалов добычи бурого угля);
• торф;
• сапропель (донные илистые отложения водоемов);
• горючие сланцы.

У гуминовых кислот, получаемых из разного сырья, эти свойства и функции выражены в разной степени. Это зависит от строения молекул. Если говорить простым языком, молекула гуминовой кислоты состоит из крупного ядра и множества прикрепленных к нему «хвостов». Само ядро почти не участвует в реакциях - оно химически очень устойчиво. А вот от количества и набора «хвостов» зависит активность всей молекулы. Так, у гуминовых кислот угля молекулы состоят, в основном, из крупных ядер, а «хвостов» сравнительно мало. Такое строение этих молекул связано с очень длительным по времени процессом образования угля. За этот период происходит отщепление наименее устойчивой части молекулы - «хвостов». Остаются наиболее химически устойчивые части молекул – ядра. И в целом, молекулы получаются достаточно выровненными по размерам и свойствам.

У гуминовых кислот из торфа «хвостовая» или периферическая часть молекул развита значительно сильнее. «Хвосты» длиннее и их больше. В них находится больше реакционных центров. Поэтому каждая молекула гуминовой кислоты из торфа значительно активней молекулы гуминовой кислоты из угля. Таким образом, для достижения желаемого эффекта от применения гуминовых удобрений, на каждую молекулу гуминовой кислоты из торфа нужно взять несколько, получаемых из угля.

Кроме этого, в гуминовых препаратах из торфа присутствует целый набор разнообразных гуминовых кислот с разными молекулярными массами, разными наборами функциональных групп, разной степенью гидрофильное™, то есть способностью взаимодействия с водой и биологическими структурами. Таким образом, гуминовые кислоты из торфа это широкий набор молекул с различными свойствами, которые охватывают очень широкий спектр стимулирующих и защитных свойств.

Крупные производители органических и минеральных удобрений

Глобальный конкурентный рынок на рынке гуминовых кислот характеризуется наличием нескольких крупных, средних и мелких предприятия в мире. Большинство компаний расположены в Северной Америке и Европе, чтобы удовлетворить растущий спрос со стороны органической сельскохозяйственной промышленности в развитых странах. Компании инвестируют в обширные научно-исследовательские работы для разработки своего портфеля и удовлетворения конкретных потребностей клиента.

Игроки рынка гуминовых кислот:

Tata Chemicals ltd. (Индия), Scotts Miracle Gro (США), Coromandel International Limited (Индия), National Fertilizers Limited (Индия), Krishak Bharati Cooperative Limited (Индия), Midwestern BioAg (США), Italpollina SpA (Италия), ILSA SpA (Италия), Perfect Blend, LLC (США), Sustane Natural Fertilizer, Inc. (США), NPK Industries, Humintech GmbH, The Andersons, Inc., Black Earth Humit LP, Faust BioAgricultural Services, Biolchim, Agricultural Solutions, Humic Growth Solutions, Nutri-Tech Solutions, Nature's Lawn $ Garden., Tagrow, Grow More Inc., WinField Solutions, Organic Approach, Wilbur-Ellis Company, National Pesticides & Chemicals, Jiloca Industrial, Saint Humic Acid, Sikko Industries Ltd.

Существующие технологии по переработке отходов животноводства и жизнедеятельности человека

Туалет Билла Гейтса

Разработка не применяется

Основатель Microsoft Билл Гейтс показал на выставке Reinvented Toilet Expo («Продвинутые технологии для туалетов») в Китае прототип работающего без воды туалета. Он назвал его «самым значительным достижением в области санитарии почти за 200 лет». Устройство было разработано на деньги Фонда Билла и Мелинды Гейтс.

Технология, которая используется в туалете Гейтса, позволяет разделять жидкие и твёрдые отходы. Из жидких отходов выпаривается вода, которую затем можно использовать, например, для полива растений или уборки дома. Твёрдые отходы собираются в отдельном резервуаре, где химикаты превращают их в удобрение.

Туалет Гейтса рассчитан на беднейшие страны. Во время презентации Гейтс рассказывал, что ежегодно из-за антисанитарии в мире умирают 500 000 детей младше пяти лет.

Двухкамерный вакуумный туалет No-Mix

Новая разработка

Ученые из Технологического университета Наньян (Сингапур) изобрели новую систему туалетов, которая превратит человеческие отходы в электричество и удобрения, а также уменьшит количество затрачиваемой воды на 90%. Этот туалет отделяет жидкие отходы от твердых. Жидкие отправляются на перерабатывающие предприятия, где будут восстановлены такие элементы как фосфор, азот и калий.

Твердые отходы отправляются в биореактор, где перерабатываются в биогаз, который содержит метан.

Terra Preta в Швейцарии

Применение ограничено

Terra Preta - это особенно плодородный субстрат, созданный из компоста, биоугля (biochar) и человеческих фекалий.

Человеческие отходы попадают на объекты пиролиза - химического разложения органических материалов за счет применения тепла. Вещество подвергается воздействию температур до 800 градусов по Цельсию. Это уничтожав микробы, вирусы и гормоны, но оставляют питательные вещества, микроэлементы и воду неповрежденными. В результате процесса получается биоуголь (Biochar), который извлекает токсичные вещества из почвы, возвращая в неё воду и углекислый газ.

Затем биоуголь дополняется компостами и организмами для получения Terra Preta.

Удобрение Crystal Green

Разработка применяется

Небольшая компания в Ванкувере разработала процесс превращения отходов сточных вод в ценные удобрения для посевов. Изначально стояла проблема очистки сточных вод от фосфора, теперь это восстановление ценного ресурса.

Пилотный проект был запущен в Портленде, штат Орегон. Компания Ostara Nutrient Recovery Technologies !nc. собирает фосфор из отходов 500 000 жителей Орегона.

Этот фосфор собирается и продается как удобрение под названием Crystal Green.

Аналогичные мероприятия проводятся в Германии.

Израильская разработка

Новая разработка

В соответствии с новаторским исследованием, опубликованным в журнале Journal of Cleaner Production , исследователи из Университета Бен- Гуриона и Института водных исследований Бьюкса Цукерберга описали процесс с использованием гидротермальной карбонизации (НТС) для нагрева твердых отходов человека в специальной «скороварке» для создания гидрокара (hydrochar) , безопасное многоразовое топливо для биомассы, напоминающее древесный уголь.

В экспериментальном и лабораторном исследовании исследователи BGU подвергли сырой отработанный материал через НТС (гидротермальная карбонизация) при трех температурах (180, 210 и 240 ° С) и времени реакции (30, 60 и 120 минут).

Твердые вещества обезвоживаются, создавая вещество, известное как гидрокар, горючее твердое вещество, а также богатую питательными веществами водную (жидкую) субстанцию, которая может использоваться в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.

Исследователи подчеркнули, что реакция, которая создает гидрокар, стерилизует отходы, поэтому она становится безопасной в обращении, «Уголь» потенциально может быть использован для бытового отопления и приготовления пищи.

Sanergy

Разработка применяется

Sanergy, основанное в Кении предприятие, создает сеть недорогих, гигиенических безводных туалетов в городских трущобах Восточной Африки. Sanergy собирает отходы и превращает их в богатые питательными веществами органические удобрения, которые затем продаются фермерам из Кении На сегодняшний день Sanergy запустила сеть из 555 туалетов, обслуживающих 25 000 человек в день, одновременно благополучно удаляя более семи тонн отходов из сообществ ежедневно.

Loowatt

Разработка не применяется

Британская компания Loowatt также разработала гигиеническую систему безводного туалета, к тому же генерирующую энергию. Loowatt туалет исполосует механизм герметизации для обертывания отходов человека в биоразлагаемой прокладке, которая всасывается герметично, когда туалет
промывается. Затем «картридж» периодически опорожняется в анаэробный варочный котел где отходы и биоразлагаемые прокладки преобразуются в биогаз и удобрение.

Обработка и очистка свиного навоза фильтрованием, называемый АМАК

Разработка не используется

Схема, называемая процессом АМАК, включает следующие последовательные шаги: минерализация минеральными кислотами, подщелачивание известковым молоком, добавление суперфосфата, второе подщелачивание, термическая обработка и фильтрация под давлением. В предлагаемом способе получают фильтрат с 95%, 80% и 96% содержанием кислорода, азота фосфора соответственно. Преимуществом предлагаемого метода является то, что он обеспечивает высокие скорости фильтрации (> 1000 кг/мин.) и эффективное разделение на элементы. Этот процесс также устраняет выбрось! запахов из фильтрата и осадка. Обработанный фильтрат можно использовать для орошения сельскохозяйственных культур, а сам метод можно использовать в обычных установках биологической очистки сточных вод. Осадок можно использовать для производства минерально-органических удобрений. Процесс АМАК является недорогим и требует низких инвестиционных затрат.

Российская компания ООО НФП «МашГео» разработала и внедрила в ряде стран Азии и Европы инновационную высокопроизводительную технологию переработки отходов животноводства и жизнедеятельности человека комплексные органические гуминовые удобрения.

Технология воплощена в мобильную установку производительностью от 5 до 20 тонн в час. Технология не имеет побочных отходов и имеет 100% утилизацию органических отходов в полезные продукты.

Мировой опыт использования свиных экскрементов в качестве удобрений (компоста)

В Китае, США и Канаде в загонах устанавливается пол с прорезями, куда попадает навоз. Этажом ниже навоз смешивается с опилками, соломой, торфом (при использовании последнего наибольшие итоговые концентрации азота в удобрениях). Затем смесь компостируют и расфасовывают либо используют местно.
В среднем от 10 свиней получается 1 тонна удобрений в год.

Дополнительные факты:

В Манчестере, Англия, United Utilities Group, PLC, крупнейшая в стране компания, торгующая на бирже, перерабатывает отходы 1,2 млн. человек для отопления 25 000 домов.

В статье Блумберга «Китай превращает фекальный ил в черное золото», профессор Шу Минг Манг из Университета науки и техники Пекин отмечает, что 40 миллионов фермерских домов в Китае имеют резервуары для отходов человека и животных, которые превращаются в жидкие удобрения для ферм, при этом, патогенные организмы не уничтожаются.

Как посчитали в ООН, если перерабатывать в топливо отходы жизнедеятельности всех людей на планете, то можно «заработать» примерно 9.5 миллиардов долларов в год. К примеру, из испражнений одного миллиарда человек можно произвести метан на сумму в 376 миллионов долларов, а полученные твердые вещества будут иметь энергетическую ценность примерно 8,5 миллионов тонн угля — это около 476 миллионов долларов по ценам за декабрь 2015 года.