XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ БЫТОВЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ: ВЕРМИФЕРМА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шабалина В.М. 1

---

1АНОО «Областной технолицей им. В. И. Долгих»

Пенкина В.Р. 1

---

1АНОО «Областной технолицей им. В. И. Долгих»

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Примерно 45% бытовых отходов, которые мы выбрасываем, являются органическими и пригодными для компостирования. Тем не менее, многие люди выбрасывают свои органические отходы в мусорное ведро, а затем они попадают на свалку. Органические отходы на свалке разлагаются анаэробно и выделяют биогаз, в состав которого входит метан, углекислый газ и соединения серы - вредные для окружающей среды парниковое газы. Также этот процесс способствует загрязнению грунтовых вод, за счет закисления окружающей почвы. Переработка органических отходов с помощью червячной фермы для компоста является аэробной, то есть не приводит к загрязнению окружающей среды. Фактически, вермиферма превращает органические отходы в удобрение для сада и огорода [4]. В данной работе на примере одного домохозяйства выполнена оценка уменьшения выделения свалочного газа за счет переработки пищевых и органических отходов в вермиферме.

Цель: доказать эффективность вермикомпостера, как средства для снижения количества утилизируемых органических и пищевых отходов традиционным путем (на полигоне ТБО).

Актуальность темы: органические и пищевые отходы, по разным оценкам, занимают от 30 до 80 % среднестатистического мусорного ведра в России. Очистки, кожура, кости, недоеденные и испорченные продукты являются не только источником неприятного запаха и причиной загрязнения дома. Наиболее важно их негативное воздействие на состояние окружающей среды, возникающее в результате химических процессов, происходящих на полигоне [217].

Задачи:

1. Изучить литературу об актуальных проблемах утилизации биологических и пищевых отходов.

2. Изучить литературу о современных методах утилизации биологических и пищевых отходов в бытовых условиях.

3. Сравнить количество утилизируемых органических и пищевых отходов традиционным путем и в вермикомпостере.

4. Установить отрицательные и положительные стороны использования вермикомпостирования в бытовых условиях.

5. Оценить уменьшение количества выброса свалочных газов за 8 месяцев одним домохозяйством при использовании вермифермы.

Объект исследования: вермиферма TUMBLEWEED (Австралия) с дождевыми червями, представляет собой установку для переработки органических отходов с помощью дождевых червей и микроорганизмов, в результате чего образуется вермикомпост – высококачественное органическое удобрение. Данная технология сочетает экологическую безопасность, экономическую эффективность и устойчивость, что делает её перспективным направлением исследований в области переработки отходов, сельского хозяйства и биотехнологий.

Методы исследования:

1. анализ специальной литературы о проблемах и методах утилизации биологических и пищевых отходов;

2. сравнительный анализ количества биологических отходов при использовании выбранных методов утилизации;

3. анализ применения вермикомпостера в бытовых условиях (на примере одного домохозяйства).

Гипотеза исследования: в данной работе на примере одного домохозяйства проверена гипотеза, что использование вермифермы снижает количество пищевых биологических отходов, утилизируемых традиционным способом и уменьшает выделение свалочного газа за счет переработки пищевых и органических отходов в вермиферме.

Что происходит с отходами, когда они попадают на свалку?

В Москве и области бытовой мусор (около 11 миллионов тонн в год) в основном состоит из пищевых отходов (22 процентов), бумаги и картона (17 процентов), стекла (16 процентов) и пластика (13 процентов), на ткань, металл и древесину приходится по 3 процента, еще около 20 процентов — на все остальное. В России на мусорные полигоны попадает до 94 процентов мусора, только 4 процента перерабатывается и 2 процента — сжигается. Для сравнения: в ЕС в переработку идет 45 процентов мусора, 28 процентов — попадает на свалки, а 27 процентов — сжигается. [3]

Главный источник проблем со свалками — пищевые и органические отходы. Именно они в основном создают условия для «производства» метана и сероводорода. Без пищевых отходов мусор намного лучше поддается сортировке и переработке. Ученые считают, что, если бы нам удалось организовать систему сбора мусора так, чтобы органика не попадала на полигоны ТБО, это решило бы большую часть проблем со свалками, которые возникают сегодня. [2]

Российские свалки за год выделяют в атмосферу 1,5 миллиона тонн метана и 21,5 миллиона тонн СО2. Всего в России на 2015 год было 13,9 тысячи действующих мусорных полигона, из них в Московской области — 14. Только одна московская свалка в Чеховском районе (полигон «Кулаково») за год выдала в атмосферу 2,4 тысячи тонн метана, 39,4 тонны углекислого газа, 1,8 тонны аммиака и 0,028 тонны сероводорода. [1]

Метан обладает сильным парниковым эффектом. Потенциальное влияние метана на глобальное изменение климата в 23—25 раза больше влияния CO2, поэтому захват метана — один из важных способов предотвращения глобального потепления. Свалочный газ собирают, предотвращая загрязнение атмосферы, и используют в качестве топлива для производства электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива. Из 6 тыс. свалок, действующих в США (2004 год), около 360 собирают и утилизируют свалочный газ. Коммерческое извлечение метана возможно ещё на 600 свалках.

Полученного из этого газа электричества будет достаточно для снабжения 1 миллиона домохозяйств. К 2025 году США планируют получать 29 млрд кВт-ч электроэнергии ежегодно из бытового мусора и свалочного газа. В 2002 году в Европе действовало 750 объектов по получению свалочного газа, всего в мире — 1152, общая мощность производства энергии — 3929 МВт, объём обрабатываемых отходов — 4548 млн т. [5, 6]

Так же важным аспектом уменьшения выработки свалочного газа является организация переработки пищевых и органических отходов в домохозяйствах. Одним из таких способов является использование вермифермы. Переработка органических отходов с помощью червячной фермы для компоста является аэробной, то есть не приводит к загрязнению окружающей среды. Фактически, вермиферма превращает органические отходы в удобрение для сада и огорода. [4]

В данной работе на примере одного домохозяйства выполнена оценка уменьшения количества пищевых биологических отходов, утилизируемых традиционным способом и уменьшение выделения свалочного газа за счет переработки пищевых и органических отходов в вермиферме.

Оценка уменьшения количества утилизируемых отходов традиционным способом и выброса свалочных газов за 8 месяцев одним домохозяйством при использовании вермифермы

Исследование: Оценка уменьшения количества выброса свалочных газов за 11 месяцев одним домохозяйством при использовании вермифермы

Материалы и методы

Материалы: вермиферма TUMBLEWEED (Австралия), электронный

термометр, бытовые пищевые и органические отходы, электронные весы, морозильная камера.

Рисунок 1. Схема вермифермы

Лоток 3

Лоток для сбора биогумуса

Лоток 2

Лоток 1

Рисунок 2. Вермиферма TUMBLEWEED (Австралия)

Рисунок 3. Семья красного калифорнийского червя

Рисунок 4. Коконы и «молодые» калифорнийские черви

Исследование проводилось в течение 11 месяцев с 1 сентября 2024 по 1 сентября 2025 г. Все пищевые и органические отходы одного домохозяйства в течение 11 месяцев поэтапно собирались и сортировались в контейнеры для пищевых продуктов. Пищевые отходы для утилизации традиционным способом помещались в герметичный контейнер для хранения в холодильник при температуре +4⁰С, далее утилизировались после взвешивания каждые 14 дней. Пищевые отходы для последующей переработки в вериферме помещались в морозильник при температуре -18⁰С. Затем каждые 14 дней часть отходов после предварительной разморозки взвешивали и помещали для переработки в вермиферму TUMBLEWEED.

Рисунок 5. Взвешивание пищевых отходов перед помещением в вермиферму

Рисунок 6. Помещение пищевых отходов в вермиферму

Температура среды в вермиферме контролировалась с помощью электронного термометра и поддерживалась равной 24±0,5⁰С.

Рисунок 7. Контроль температуры вермифермы внешним датчиком HTC-2

Один раз в неделю вермикомпостер орошали 0,5 - 1 литром воды. Скапливающуюся в вермиферме жидкость («вермичай») сливали один раз в две недели и использовали в качестве удобрения для комнатных растений. Образовавшийся вермикомост использовали как удобрение для садоводства. Результаты взвешивания переработанных отходов суммировали, чтобы рассчитать их массу за 11 месяцев. На основании сравнения с показателями из литературных данных, оценили уменьшение количества выброса свалочных газов за 11 месяцев одним домохозяйством при использовании вермифермы.

Результаты

Результаты взвешиваний пищевых и органических отходов представлены в таблице 1.

Таблица 8. Результаты взвешивания отходов

Всего за 11 месяцев одним домохозяйством было получено 15 кг 909 г пищевых отходов, из которых только 2 кг 360 г было утилизировано традиционным способом - на полигоне ТБО.

В результате использования вермифермы за 11 месяцев одним домохозяйством было переработано 13 кг 549 г пищевых и органических бытовых отходов. При переработке в вермиферме свалочные газы не выделяются.

По данным изученной литературы одна тонна бытовых отходов, находящихся на мусорной свалке, за 20-летний период времени выделяет примерно 200 м³ свалочного газа, содержащего около 45 % метана, 40-60 % углекислого газа и от 2 до 9 % других вредных для окружающей среды газов, в частности, соединений серы. [1]

Таким образом, в результате использования вермифермы за 11 месяцев одним домохозяйством удалось сократить выброс свалочных газов на 2 709,8 литра.

Также во время выполнения работы были отмечены следующие положительные и отрицательные стороны использования вермифермы в домашних условиях (Таблица 2).

Таблица 2. Положительные и отрицательные стороны использования вермифермы.

Обсуждение

Полученные результаты указывают на необходимость более широкого использования вермиферм в домохозяйствах для снижения количества утилизируемых отходов традиционным способом и выброса биогаза в атмосферу.

Кроме того, современные технологии эксплуатации мусорных полигонов предполагают сбор свалочного газа с помощью системы дегазации, затем очистку от примесей и последующее использование в качестве топлива.

Заключение

Использование вермифермы в домохозяйствах позволяет частично решить проблему попадания пищевых и органических отходов на свалки и снизить, таким образом, объем образующегося свалочного газа и токсичных веществ. Кроме того, получаемый при этом «вермичай» можно использовать как удобрение для комнатных растений, а вермикомпост как удобрение для сада и огорода.

Данная технология сочетает экологическую безопасность, экономическую эффективность и устойчивость, что делает её перспективным направлением исследований в области переработки отходов, сельского хозяйства и биотехнологий. Изучение вермикомпостера включает анализ его конструкции, эффективности работы в различных условиях, влияния на почвенное плодородие, а также оптимизацию процессов вермикомпостирования для максимальной утилизации органики и получения качественного биогумуса. Исследования в этой области способствуют развитию циркулярной экономики и снижению антропогенной нагрузки на окружающую среду.

А вам нужна плодородная почва?

А вам нужен чистый воздух?

А вам нужно органическое удобрение?

А вы хотите сохранить природу?

Список литературы:

1. Бунин, А. А. Динамика загрязняющих веществ от пищевых отходов в атмосферном воздухе дворовой среды / А. А. Бунин, В. О. Бусыгин, В. Г. Савельев. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2018. № 21 (207). — С. 189-192. — URL: https://moluch.ru/archive/207/50660/

2. Савенко, А. С. Вермикомпостирование как доступный способ переработки органических отходов в домохозяйствах / А. С. Савенко. Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 30 (320). С. 105-107. — URL: https://moluch.ru/archive/320/72887/

3. Сайт экологического движения «РазДельный сбор» [Электронный ресурс]. https://rsbor-msk.ru/

4. Сайт производителя вермиферм TUMBLEWEED (Австралия) [Электронный ресурс] https://tumbleweedgardening.com/

5. Управление по охране окружающей среды США (U. S. EPA). ПРОЕКТ: Глобальные антропогенные выбросы парниковых газов (кроме CO2): 1990-2030 (отчет EPA 430-D-11-003) //www.epa.gov/climatechange/economics/international.html

6. Trace Organic Compounds in Landfill Gas at Seven U. K. Waste Disposal Sites [Электронныйресурс]. Режим доступа: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es9605634#