Одним из методов ускоренного обезвреживания ТБО является их биологическая переработка с получением компоста и биотоплива. Процесс обезвреживания и переработки осуществляется за счет саморазогревания мусора и поэтому называется биотермическим. Биотермический процесс происходит в результате роста и развития разнообразных, в основном теплолюбивых (термофильных) микроорганизмов в аэробных условиях (т.е. при достаточном доступе воздуха). Результаты исследований по изучению биологических свойств бытового мусора показывают, что в нем очень высоко содержание сапрофитных микроорганизмов – от 300 млн. до 15 млрд. на 1 г сухого вещества. Количественный и качественный состав микрофлоры отходов способен обеспечить (при соблюдении определенных условий) ускоренное биотермическое их обезвреживание. В ходе биотермического процесса отходы разогреваются до температур, губительно действующих на болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов, личинки и куколки мух, что способствует обезвреживанию отходов.

Активная жизнедеятельность аэробной сапрофитной микрофлоры зависит от ряда факторов, основными из них являются:

· источники энергии и питания (углерод-содержащие вещества) в формах, необходимых для развития микробов – углеводы, белки;

· источники минерального питания;

· температура разлагаемой массы, необходимая для начала роста и развития микроорганизмов;

· влажность и аэрация разлагаемой массы;

· водородный показатель (рН) среды и ряд других факторов

Исследования по определению химического состава мусора, позволили установить следующие предельные значения основных химических показателей на сухое вещество (в процентах):

· органическое вещество – 60…85; причем не менее 30…40 % легкоразлагаемого;

· азот – 0,8…1,5;

· фосфор – 0,4…0,6;

· калий – 0,3…0,6.

Таким образом, ТБО являются источником органических веществ животного и растительного происхождения, включающих органические соединения в виде углеводов, белков и лигнинов, и, таким образом, полноценным питательным субстратом для роста и развития самой разнообразной сапрофитной микрофлоры.

Под воздействием микробов при определенных условиях масса отходов начинает подвергаться процессам разложения, сопровождающимся образованием новых веществ, в том числе и гумусоподобных, входящих в состав нового продукта – компоста, по своим свойствам близкого к навозным компостам.

Схематически основные фазы микробиологического процесса разложения органического вещества отбросов можно представить следующим образом. Сначала компостируемая масса имеет температуру окружающего воздуха. Затем с ростом микроорганизмов растет и температура материала. До 40 °С в нем усиленно размножаются мезофильные микроорганизмы (оптимальная температура их развития 25…30 °С). Повышение температуры в компостируемой массе свыше 40 °С приводит к гибели мезофилов и размножению более теплолюбивых микробов-термофилов.

Благоприятные условия для размножения термофильной микрофлоры наступают примерно при температуре 50…65 °С, в это время происходит отмирание опасной для человека микрофлоры. Это наиболее важная стадия в процессе компостирования, так как микроорганизмы проявляют здесь наибольшую активность, и окислительные процессы интенсифицируются. Затем температура постепенно, снижается, доходит до мезофильной стадии и процесс затухает.

Технология процесса компостирования отбросов должна обеспечивать создание оптимальных условий, способствующих обезвреживанию отбросов в короткие сроки и получение из них высококачественного компоста. Таким образом, ход процесса обезвреживания и компостирования определяется влажностью компостируемой массы, аэрацией, температурой и составом исходного материала.

Влажность. Активность биотермического процесса компостирования во многом зависит от влажности отходов, так как микроорганизмы, участвующие в этом процессе, питаются необходимыми веществами только в виде водных растворов. Недостаточная влажность лишает их воды, необходимой для обмена веществ, и приводит к прекращению биотермического процесса. Излишняя же влага заполняет пустоты между частицами отходов, вытесняя воздух, в результате чего создаются анаэробные условия из-за недостатка кислорода, и процесс компостирования резко затормаживается.

Аэрация. Наличие достаточного количества кислорода является одним из главных условий жизнедеятельности аэробных микроорганизмов. Для начала биотермического процесса достаточно воздуха, содержащегося в массе отходов перед компостированием. В центре компостируемой массы, куда приток воздуха извне затруднен, кислород быстро используется бактериями и повышение температуры в компостируемой массе приостанавливается. Если такую массу оставить без вмешательства, то температура в ней постепенно понизится и процессы разложения вещества замедлятся, поэтому при биотермическом компостировании очень важно равное проникание кислорода на всю толщину отходов.

Аэрация компостируемой массы может происходить как за счет естественного воздухообмена, так и за счет искусственной подачи воздуха. Ускоренное компостирование в специальных установках на мусороперерабатывающих заводах возможно только при использовании принудительной аэрации. Однако избыточная аэрация может усилить теплоотдачу массы отходов и привести к пересыханию и снижению температуры, поэтому аэрация компостируемой массы осуществляется с регулированием подачи воздуха в зависимости от температуры и влажности.

Температура. Уровень температур компостируемой массы – это показатель хода биотермического процесса. Как отмечалось ранее, поддержание температуры на достаточно высоком уровне является важнейшим условием обезвреживания ТБО. Необходимая для обезвреживания температура достигается только при условии достаточного обеспечения компостируемой массы кислородом и может поддерживаться путем подачи подогретого воздуха и регулирования поступления отходов (при минусовых температурах наружного воздуха).

Соотношение углерода и азота. Большое влияние на процесс компостирования оказывают углерод и азотистые вещества. Для роста и развития микроорганизмов требуется в несколько раз больше углерода, чем азота, так как углерод используется и как источник энергии, и как питание, а азот необходим только для построения клеток. Микроорганизмы в процессе жизнедеятельности потребляют в среднем около 30 частей углерода на каждую часть азота. Следовательно, для интенсивного хода компостирования желательно, чтобы отношение углерода к азоту в отходах было 30:1 (при этом указанные вещества должны быть в доступных формах). Если углерода в отходах оказывается больше указанной величины, то разложение органического вещества значительно замедляется и для интенсификации процесса необходимы минеральные формы азота. Если углерода меньше, чем азота, микроорганизмы полностью используют углерод, а излишек азота выделяется в виде аммиака, что часто приводит к обеднению компоста.

Реакция среды (концентрация водородных ионов). Микроорганизмы, находящиеся в ТБО, довольно чувствительны к реакции среды (рН). Нейтральная реакция среды соответствует рН = 7,07. Водородный показатель рН < 7,07 > указывает на кислую реакцию, а рН > 7,07 указывает на щелочную. Разные группы микроорганизмов по-разному реагируют на реакцию среды. Для одних микроорганизмов (бактерий) оптимальное значение рН находится в пределах 6…7,5, для развития других (плесневых грибов) достаточно рН = 3,5…5,5.

В начале процесса компостирования бытовых отходов основное участие принимают бактерии, поэтому важно, чтобы исходный материал имел реакцию среды, благоприятную для развития бактерий. Несмотря на то, что бытовые отходы (за некоторым исключением) имеют слабокислую или кислую реакцию среды, процесс компостирования развивается довольно интенсивно. Это связано со значительным образованием аммиака в начале процесса компостирования и усреднения кислой реакции отходов.

В городах с населением 50…500 тыс. чел. вблизи города целесообразно проводить полевое компостирование ТБО, можно и вместе с осадками очистных сооружений канализации.