Утилизация пищевых отходов

В Государственную думу внесен законопроект о запрете захоронения пищевых отходов. Казалось бы нужно порадоваться этому. Ведь пищевые отходы являются ценным ресурсом, из которого можно произвести много полезных продуктов. А при их размещении на полигонах возникает множество негативных воздействий на окружающую среду, из-за быстрого загнивания пищевых отходов.

Главными среди них являются возможность развития патогенных микроорганизмов на гниющих пищевых отходах и привлечение большого количества насекомых, грызунов и птиц, служащих переносчиками инфекционных заболеваний.

Перекрывание гниющих пищевых слоями грунта ликвидируют эти проблемы, но создают новые. Их разложение в отсутствие кислорода приводит к образованию дурнопахнущих газов (аммиака, органических сульфидов, сероводорода, меркаптанов и др.) и выделению значительных количеств метана. Он является парниковым газом, вызывающим изменения климата Земли. Также метан легко воспламеняется, что увеличивает вероятность возникновения пожаров на полигонах.

Все эти факторы свидельствуют, что захоронение пищевых отходов на полигонах крайне неблагоприятно для окружающей среды, Однако, пока не будут созданы мощности по их утилизации, захоронение будет вынужденной мерой. Иначе мы получим еще более негативные последствия.

Необходимо не запрещать, а поэтапно сокращать захоронение пищевых отходов по мере развития способов их переработке, о которых будет рассказано в настоящей статье.

Необходимость утилизации пищевых отходов в экономике замкнутого цикла

В январе 2022 года Правительство РФ утвердило паспорт федеральной программы «Экономика замкнутого цикла». В ней отходы служат ценными ресурсами для получения продукции или сырья для промышленного производства. Для эффективной переработки все отходы разделяют на два цикла: органические и техногенные.

Утилизация органических отходов

Их необходимо утилизировать раздельно, используя для каждого цикла свои технологии переработки. Нарушение этого принципа приводит к потере ценных ресурсов и появлению токсичных отходов вместо полезной продукции.

Такое произошло в нашей стране, когда в бытовые сточные воды добавили стоки промышленной канализации. Технологии биологической очистки эффективно очищали стоки от органических загрязнений с получением иловых осадков, которые можно было использовать в качестве органических удобрений.

Однако, биологическая очистка не может удалить токсичные неорганические загрязнения, характерные для производственных сточных вод. В результате образовались осадки, загрязненные токсичными соединениями тяжелых металлов, которые недопустимо использовать в сельском хозяйстве. Появилась большая проблема с их утилизацией, которая до сих пор не решена.

Утилизация пищевых отходов в экономике замкнутого цикла

Согласно принципам экономики замкнутого цикла все, что выращено на земле должно быть возвращено в землю для сохранения ее плодородия. Для пищевых и других органических отходов это может быть реализовано при компостировании органики. Компостирование-это процесс биохимической переработки органических веществ с использованием микроорганизмов.

Процесс разложения пищевых отходов начинается сразу после внесения микрофлоры в массу органических отходов. Однако, на начальных стадиях скорость процесса невелика, работают мезофильные бактерии, приспособленные к низким температурам.

Микробиологическое разложение органических веществ сопровождается выделением тепла. Смесь разогревается и скорость разложения резко увеличивается. При этом мезофильная микрофлора заменяется термофильной.

При росте температуры более 55 град. С погибает патогенная микрофлора, яйца глистов, семена сорняков. Компост стерилизуется. Когда температура увеличивается более 65-70 град. С начинают погибать термофильные бактерии и температура снижается.

Снижение температуры снова включает мезофильную микрофлору. На этой стадии органические соединения образуют сложные комплексные соединения (гуминовые кислоты или гумус). Происходит созревание компоста. Такой компост улучшает структуру почвы и обогащает ее питательными веществами. Возможны и другие способы переработки пищевых отходов с использованием для экономии природных ресурсов.

Способы утилизации пищевых отходов с получением ценной продукции

Пищевые отходы содержат ценные ресурсы. При их грамотной переработке может быть получена востребованная продукция.

Компостирование

Методом компостирования пищевые отходы могут быть эффективно переработаны как в домашних, так и в производственных условиях. О том, как утилизировать пищевые отходы в домашних условиях можно узнать из следующего видео:

Для эффективной утилизации пищевых отходов методом промышленного компостирования их измельчают и смешивают дробленными древесными отходами. Такое перемешивание решает 3 важнейшие проблемы. Влажность смеси снижается до оптимальных значений 50-60%. Обеспечивается соотношение между азотом и углеродом близким к оптимальным значениям, составляющим 25-30 к одному.

Главное, что при этом обеспечивается необходимая пористость композиции для проникновения воздуха, необходимого для протекания биохимического разложения органических веществ. Подготовленную смесь укладывают в бурты. Их высота не должна превышать 1,5-2 м, а ширина 2,5-3 м, иначе аэрация в центре бурта будет затруднена. Это приведет к анаэробному разложению, сопровождающегося выделением неприятных запахов.

Для увеличения интенсивности аэрации применяют перемешивание буртов с помощью специальных ворошителей. О том, как различные способы аэрации влияют на сроки и эффективность компостирования можно подробнее прочитать в статье «Компостирование органических отходов».

Применение компоста улучшает структуру почвы и возвращает в нее органические вещества, которые были использованы при выращивании растений. Таким образом, завершается биологический цикл, и органические отходы возвращаются в почву в виде ценного продукта.

Получение пищевых добавок и химических продуктов

Промышленная переработка пищевых отходов позволяет получить множество видов ценной продукции. Это красители, ароматизаторы и другие пищевые добавки, пектин, крахмал, сахара, этиловый спирт, лимонная, глутаминовая, уксусная и молочная кислота, сорбенты, лекарственное сырье и многое другое.

Однако, такие производства рентабельны только при высокой производительности и требуют значительных затрат на приобретение сложного технологического оборудования. Они располагаются поблизости от крупных сельхозпроизводителей или заводов по производству пищевых продуктов.

Производство биогаза и органических удобрений

Анаэробное (без доступа воздуха) разложение органических веществ, которое приносит столько негативных воздействий при размещении пищевых отходов на полигонах, способно приносить пользу при грамотной организации процесса. При сбраживании в анаэробных условиях в специальном реакторе (метантенке) пищевые отходы под действием микроорганизмов выделят метан, который можно использовать как топливо для производства тепла и электроэнергии.

Пищевые отходы измельчают, смешивают с водой и подают в реактор. Туда же дозируют раствор навоза, необходимый для начала процессов сбраживания. Для интенсификации процесса выделения биогаза (смесь метана и углекислого газа) используют перемешивание и подогрев до оптимальной температуры, составляющей 40-50 град. С.

После очистки биогаза и удаления углекислого газа, который используется для производства твердой углекислоты, полученный газ применяют для заправки автомобилей на газовом топливе. Оставшаяся в реакторе жидкость представляет собой ценное удобрение, способное на 40-50% повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Получение кормов для животных

Пищевые отходы растительного происхождения можно превратить в кормовые добавки за счет ферментирования с использованием микробных заквасок. В процессе разложения органики с помощью микробной микрофлоры происходит разрушение микотоксинов. Освободившийся азот участвует в биосинтезе белка и аминокислот. Корм обогащается белком, ферментами и витаминами.

Сложнее получить корма из пищевых отходов животного происхождения. Для этого используют специальное оборудование-экструдеры, позволяющие получить из влажных отходов сухой стерилизованный продукт с высокими кормовыми параметрами.

Экструдер представляет собой шнек переменного объема, в котором за счет трения перерабатываемая смесь разогревается до 160-180 град. С и создается давление до 4-5 МПа. Для снижения влажности пищевых отходов животного происхождения их предварительно смешивают с зерновыми отходами. Это позволяет снизить влажность до 28-35%.

О том, как происходит экструзионная переработка пищевых отходов с получением кормов для животных можно подробнее познакомиться в следующем видео:

Процесс экструзионной переработки занимает не более 30-60 секунд, но за это время сырье успевает пройти несколько важных стадий обработки. Происходят тепловая обработка и стерилизация продукта. При температурах 110-170 град. С полностью погибают болезнетворная микрофлора, грибки и плесени.

Быстрое вскипание влаги создает пористую структуру экструдированных кормов, что делает их более доступными для пищеварительных соков и ферментов. Происходит увеличение объемов кормов из-за разрыва клеточных мембран и разрушения полимерных цепочек крахмала и целлюлозы. Все это увеличивает энергетическую ценность корма.

Короткое время воздействия высоких температур позволяет сохранить высокую питательность корма. Одновременно содержание водорастворимых веществ в нем увеличивается в 4-8 раз. В результате перевариваемость белков достигает 90%.

При выходе из экструдера резко снижаются температура и давление. В результате происходит уменьшение влажности кормов до 8-12%, что обеспечивает длительный срок их хранения (не менее 6 месяцев).

Заключение

Мы рассмотрели наиболее эффективные способы утилизации пищевых отходов с получением востребованной продукции. Они сохраняют ценные ресурсы и позволяют уменьшить количество пищевых отходов, размещаемых на полигонах.

Каждый из нас может внести свой вклад в решение проблемы образования пищевых отходов. Для этого необходимо:

• не покупать лишних продуктов;
• использование безотходного приготовления пищи с полезным использованием остатков (консервирование, замораживание, приготовление смузи и др.);
• правильное хранение продуктов (много пищевых продуктов мы выбрасываем только из-за неправильного хранения);
• использование измельченных остатков овощей и фруктов для обогащения воды минеральными  веществами и витаминами;
• замораживание излишков продуктов;
• приобретение измельчителя пищевых отходов (диспоузера) под мойку;
• внедрение домашнего компостирования пищевых остатков;
• если у вас есть знакомые бизнесмены, планирующие создание экологического производства-перешлите им эту статью.