Нерешенные вопросы компостирования органических отходов
В перспективности атомным, космическим, компьютерным и нанотехнологиям ничуть не уступают биотехнологии. Первые организаторы развития производства собственных биопрепаратов для сельского хозяйства и экологии, будучи твердо уверенными в этом положении, создали в 2005 г. ООО НПП «Институт биотехнологий» («Инбиотех», город Уфа). Таким образом, в этом году исполняется 20 лет с момента начала нами биотехнологических разработок в сфере экологии, актуальность и перспективность которых нарастает с каждым годом.
За прошедшие годы мы разработали технологические решения обезвреживания и утилизации компостированием таких отходов как куриный помет, осадки сточных вод (ОСВ), органическая фракция твердых коммунальных отходов (ТКО), осадки спиртовой барды, нефтешлам, а также предложили ряд нового отечественного оборудования для их осуществления. Совместно с Институтом биохимии и генетики УФИЦ РАН были разработаны также подходы к обезвреживанию и утилизации трудно разлагаемых отходов химических предприятий в Тульской области, Республиках Башкортостан и Татарстан, шлам-лигнина бывшего Байкальского ЦБК.
Разрабатывая подходы к компостированию шлам-лигнина, мы обратили внимание на его свойства. При определенных манипуляциях лигнин без традиционного компостирования уже приобретал свойства компоста: становился черным, рыхлым, сыпучим и, вероятно, мог быть отнесен к не опасным веществам. «Так что это: компост или не компост?», – задались мы вопросом. И этот вопрос «потянул» за собой целую «цепь» других.
Рассматривая компостирование как процесс превращения органики в материал, который называется компост, одними из основных вопросов стали: 1) в чем суть процесса, самого термина «компостирование»; 2) как определить: завершилось компостирование или нет; 3) компост зрелый или незрелый?
За поиском ответов мы обратились к официальным документам, например, ГОСТ Р 54651-2011, ГОСТ 33830-2016. В этом ряду есть также ГОСТ Р 57447-2017, предусматривающий компостирование нефтешлама, но, так же, как и для шлам-лигнина нет определения качества или зрелости полученного продукта.
Более того, в отечественной и зарубежной научной литературе, и даже в ГОСТ Р 70718-2023 возможность компостирования рассматривается в принципиально отличающихся условиях, как в присутствии кислорода воздуха, так и анаэробно, без его доступа. Два ГОСТа – Р 70718-2023 и 34103-2017, противоречат друг другу. В некоторых учебных пособиях нет четкого разделения технологий обезвреживания органических отходов аэробным компостированием после анаэробного сбраживания ОСВ или хранения отходов в анаэробных условиях, что вносит путаницу и ошибочно позволяет студентам понять возможность компостирования без доступа воздуха.
Что такое компостирование?
Согласно ГОСТ 34103-2017, компостирование – это «разложение отходов растительного или животного происхождения». Вместе с тем там же написано: «компостирование – биотермический процесс минерализации и гумификации органических отходов». Компостировать можно не только, как указано, отходы «растительного и животного происхождения», но и ОСВ, нефтешлам и др. Обращает на себя внимание также термин этого ГОСТ: «торфосидератный компост». Торф и сидераты не являются отходами растительного происхождения.
Возникают вопросы и к термину «вермикомпост», так как этот продукт – результат функционирования как клеток кишечника червей, так и находящихся в кишечнике микроорганизмов, при котором не происходит «биотермического процесса». Вермикомпост – фактически экскременты или копролиты. Так как компостирование – результат деятельности биоты (микроорганизмов), некоторое недоумение с позиции грамоты русского языка вызывает термин «биокомпост» – «компост, полученный в результате переработки органических отходов ускоренным методом…». Возникают вопросы: если есть биокомпост, может ли быть «химический» компост, и насколько и в сравнении с каким другим способом нужно ускорить процесс, чтобы получить «биокомпост»?
Таким образом, один из основных нерешенных вопросов – это принятие определений условий процесса компостирования и самого термина «компост». Отметим, что различные зарубежные организации, например, US Composting Council, The Compost Council of Canada, European Compost Network, ECN, каждая предлагает свои термины. Так что в каждой стране свои определения. Подводя итог, мы считаем, что термин компостирование можно определить, как контролируемый микробиологический твердофазный биотермический аэробный процесс окисления и трансформации органических материалов и веществ, приводящих, в том числе, к образованию гуминовых соединений.
Не менее важное значение имеет определение зрелости компоста и завершения процесса компостирования, что подтверждается Распоряжением Минприроды России от 16.04.2015 N 15-р «Об утверждении методических рекомендаций по проведению добровольной инвентаризации объема выбросов парниковых газов в субъектах Российской Федерации», о чем будет сказано далее. Анализируя термины «минерализация» и «гумификация», а также ряд зарубежных нормативных документов, таких как Регламент ЕС, «Руководство пользователя», научную литературу, можно сделать вывод, что за рубежом объективным показателем завершения процесса компостирования и готовности компоста является не показатель «зрелость» (maturity), а «стабильность» (stability), который определяет минерализацию или превращение углерода различных органических соединений в минеральный углекислый газ и оценивается удельной скоростью выделения СО2 единицей массы вещества. Используют также показатель поглощения кислорода воздуха массой компоста, или интенсивность дыхания. Применяют также третий показатель – стадию по шкале Роттеград (Rottegrad), принятой добровольной немецкой схемой качества Bundesgütegemeinschaft Kompost E.V. (BK). Показатели Rottegrad приведены в ГОСТ Р 57226-2016. Он оценивает температуру компостной массы и, на наш взгляд, в меньшей степени поддается унификации.
Еще раз подчеркнем, что в нашем понимании зрелость компоста, как степень завершенности процесса компостирования, за рубежом оценивается показателем «стабильность» (stability). Термины «зрелость» и «стабильность» могут казаться взаимозаменяемыми, но они характеризуют различные свойствам компоста. Стабильность (stability) компоста используется для обозначения степени разложения органических веществ, их устойчивости к дальнейшей микробиологической трансформации. Термин «зрелость» (maturity) используется для обозначения компоста, готового к конкретному конечному использованию и определяется с помощью биологических тестов. Степень зрелости указывает на степень завершенности процесса компостирования. Зрелый компост не должен быть фитотоксичным, не должен оказывать негативного действия на микроорганизмы и фауну почвы, в идеале не должен быть сам источником оксида азота, метана и углекислого газа в почве.
В России оценка качества компоста, согласно ГОСТам, сводится только к физико-химическим и санитарно-гигиеническим характеристикам. Таким образом, еще одним острым вопросом для оценки отсутствия негативного влияния на окружающую среду при использовании компоста, который, как может показаться производителю, «созрел», является введение показателей стабильности и зрелости полученного продукта.
Это подтверждается указанным выше Распоряжением Минприроды России от 16.04.2015 N 15-р. Так, в методологию оценки прямых выбросов N2O из обрабатываемых почв включены следующие источники азота: минеральные азотные удобрения (FSN) и органические удобрения, в т.ч. компост (FON). При внесении нестабильного компоста объем выбросов будет больше, чем при использовании стабилизированного. Указанный документ сам четко свидетельствует о необходимости градации компоста по показателю стабильности, цитируем: В плохо разлагающемся компосте более вероятно образование, как CH4, так и N2O.
Методические рекомендации… РД-АПК 1.10.15.02-17 окончание компостирования навоза или помета определяют «падением температуры в смеси до 40-30°С», не ссылаясь на источник данных. Этот показатель не соответствует показателям шкалы Rottegrad по ГОСТ Р 57226-2016, согласно которым такой компост при оценке в условиях лаборатории относится к «все еще разлагающемуся, активному».
Наиболее сложной, дорогостоящей, длительной во времени и также остро необходимой является, на наш взгляд, разработка нормативных документов, по которым можно рассчитать при компостировании того или иного отхода интенсивность выделения опасных летучих веществ, объемы образования жидких стоков и их примерный состав и другие показатели.
Так, при разработке нами технологических решений для компостирования ТКО на мусороперерабатывающих предприятиях, производства удобрений из компоста на ряде птицефабрик (АО «Ярославский бройлер», ООО «Кузбасский бройлер» и др.), компостирования ОСВ, обезвреживания осадка спиртовой барды, нефтешлама и других органических отходов было необходимо учесть в проектах состав и концентрацию выделяющихся вредных газов и опасных летучих веществ. Анализ научных работ отечественных авторов свидетельствует об отсутствии справочных пособий или методических рекомендаций, в которых бы были приведены такие данные и на разных стадиях компостирования распространенных отходов. В первом приближении можно использовать Распоряжение Минприроды России от 16.04.2015 N 15-р, инструктивно-методическое руководство Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) и Базу данных коэффициентов выбросов МГЭИК, Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов не регулируемых Монреальским протоколом и РД-АПК 1.10.15.02-17. Однако в них учитываются в основном четыре газа – метан, углекислый газ, аммиак и оксид азота и приведены, можно сказать, общемировые или общероссийский показатели. Подчеркнем, что учитываются парниковые газы, тогда как при разработке ОВОС и технологического регламента требуется оценка всех возможных опасных летучих выбросов с расчетами концентраций в воздухе рабочей зоны, санитарно-защитной зоне и т.п. Анализ отечественной научно-технической литературы свидетельствует, что очень мало экспериментальных данных, сведенных в один, пусть даже среднестатистический показатель для расчета выделения указанных газов, а также сероводорода, диоксида азота, оксидов серы при компостировании органики определенного состава и в конкретных климатических условиях. Например, в указанном выше учебном пособии из 246 источников литературы, посвященных компостированию, лишь 20 публикаций (8%) российских авторов, в основном описывающих использование компостов.
Для расчета интенсивности аэрации буртов, а также давления напора воздуха нет конкретных данных с учетом состава, плотности, влажности компостируемого отхода, а также физических параметров бурта (высоты). Для принятия проектных решений можно лишь руководствоваться зарубежными данными аналогичных технологических процессов компостирования близких по составу отходов.
Резюмируя приведенные выше сведения можно сделать вывод, что при многовековой истории компостирования и кажущейся его простоте в России пока еще не решены окончательно вопросы терминологии, не установлены основные физико-химические показатели для четкого понимания состава и концентрации попутно образующихся газообразных и жидких продуктов (стоков и конденсата), нет данных о физике тела компостных буртов для расчетов технологических параметров оборудования. Все эти и другие показатели необходимы для разработки экологически безопасных и экономически эффективных технологических решений обезвреживания или утилизации различных видов органических отходов в разных климатических и экономических условиях.
Автор: Рамиль Хайруллин, научный руководитель, главный технолог ООО «ЭкоКомпост», главный научный сотрудник Института биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук, доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки Республики Башкортостан.