Проект «Экологическая утилизация отходов школьной столовой»

Проект «Экологическая утилизация отходов школьной столовой»

Представляю Вашему вниманию работу, занявшую 2 место  на Московском  областном этапе XXII Всероссийской акции «Я – гражданин России» (Г.о. Подольск)  в номинации Экологические проекты (направленные на охрану и безопасность окружающей среды). Инициативная группа: Андреева Полина, 10 класс МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина, педагог-консультант: Баусина Виталия Львовна, учитель биологии  МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина. (2021-2022 учебный год)

Введение

Вместе с увеличением населения Земли растет и уровень вреда, причиняемого человечеством планете: ежедневно 5 млн. тонн мусора попадает в окружающую среду. Органические отходы гниют и выделяют в атмосферу «свалочный газ», в котором до 2/3 объема занимает метан, оказывающий большое влияние на глобальное изменение климата. Решением проблемы утилизации органики является биологическая переработка специальными видами бактерий.  

Актуальность: В школе МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина разработан проект биоэнергетического комплекса: в биореакторе органические отходы перерабатываются до простых веществ. Реализация была проведена в два этапа: сначала биореактор работал на 10-15% своей мощности на отходах самого комплекса. В этом году мы провели модернизацию данного устройства для того, чтобы перерабатывать органические отходы школьной столовой.

Объект исследования: экологическая утилизация отходов столовой МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина путем биологической очистки.

Предмет исследования: система биологической очистки МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина и продукты ее деятельности.

Цель исследования: разработка  и реализация технологической цепочки по биологической очистке и переработке органических отходов столовой МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина аэробным и анаэробным способом.

Задачи: 1. На основании литературных источников изучить методику биологической очистки. 2. Разработать план работы установки систем биоочистки отходов столовой МОУ СОШ № 29 в рамках школьного биоэнергетического комплекса и реализовать его. 3. Провести анализ веществ на выходе.

Гипотеза: в рамках школьного биоэнергетического комплекса возможна реализация переработки органических отходов школьной столовой за счет системы биологической очистки.

Новизна исследовательской работы: Переработка отходов школьной столовой за счет системы биологической очистки в МОУ СОШ № 29.

Практическая значимость работы: Введение в эксплуатацию  нового оборудования, перерабатывающего отходы школьной столовой МОУ СОШ № 29.

1. Методика исследования и результаты наблюдений

1.1. Материалы и методы исследования

Необходимые расчеты по расширению диапазона работы биореактора за счет переработки органических отходов школьной столовой проведены весной – летом 2021 г, реализация проекта и его запуск – в сентябре – октябре 2021 г (когда заработала школьная столовая). Были закуплены трубы для транспортировки отходов, насос винтовой Бурун Н1В2,5/4-М0,75/4, насос погружной винтовой Oasis 25/50, насос фекальный погружной дренажный Oasis 130R, насос погружной дренажный для грязной воды, емкость для воды пластиковая 350 л.  Монтаж нового оборудования проводили по технологической схеме 1(б) Приложения 1.  

Для контроля качества работы биореактора в МУП Подольский Водоканал на анализ 14 -23 декабря 2021 года были отправлены 2 пробы: вода, содержащая органические вещества со столовой и из биоэнергетического комплекса до цикла биологической переработки и вода после полностью проделанного цикла. Проведен анализ основных показателей.

1.2. Результаты исследований

Несколько лет назад в МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина был разработан и реализован проект биоэнергетического комплекса на базе школьной теплицы, который перерабатывал отходы перепелов и кроликов. В этом году проводилась модернизация биореатора. Внедрена технология переработки отходов школьной столовой аэробным и последующим анаэробным способом. Монтаж проводился последовательно. Вначале была установлена емкость для приема отходов из столовой в подвале школы, также в нее был встроен насос-измельчитель, для перемолки поступивших отходов. Из столовой в подвал была проведена труба, по которой отходы попадали в бочку. Также был установлен пульт управления измельчителем. Далее проводился монтаж труб из школьного подвала к биореактору. На самом реакторе были установлены новые насосы, увеличивающие возможный объем поступающей пульпы. В данный момент максимальный объем подачи – 300 литров. После того как реактор был запущен в работу, для проверки его эффективности мной были взяты пробы пульпы до и после переработки в реакторе и отправлены в лабораторию МУП Подольский Водоканал для анализа.

Анализ БПК был проведен с моим участием на МУП Подольский Водоканал, по методической разработке ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 «Методика выполнения измерений биохимического потребления кислорода после  п – дней инкубации (БПКполн) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах».

Таблица 1. Результаты анализов образцов школьного биореактора*

	ХПК	NH4+	NO2-	NO3-	БПК5	PO43-	Pобщ
вход	18900	39,5	<0,02	30,1	8250	26,6	80,6
выход	3230	71,1	<0,02	2,5	1350	11,0	21,0

* Все показатели приведены в мг/дм³.

Как видно из таблицы, полученные нами результаты были положительными: повышение иона аммония NH₄⁺ с 39,5 до 71,1 мг/дм³, который образуется на начальном этапе разложения органических соединений в воде; стабильное показание нитритов NO₂^-, которые образуются из NH₃/NH₄ на втором этапе разложения органики нитрифицирующими бактериями (менее 0,02 мг/дм³); уменьшение  нитратов NO₃^-  с 30,1 до 2,5 мг/дм³, которые образуются на конечном этапе разложения органики, свидетельствует о полном проделанном цикле очистки.

Проведенные эксперименты показали, что разработанная технологическая цепочка успешно работает. Это дает понять, что реализация  данной системы биологической переработки органических веществ возможна в рамках школы. Из этого следует, что такая система вполне может быть реализована и на других предприятиях, имеющих большой объем органических отходов (детские сады, школы и д.р.).

Выводы

В результате проделанной научно-практической работы:

1.   Был разработан и успешно реализован план работы установки систем биологической очистки столовой МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина в рамках школьного биоэнергетического комплекса.

2.   Проведя анализы воды, содержащей органические вещества из столовой и биоэнергетического комплекса до цикла биологической переработки и воды после полностью проделанного цикла, можно сказать, что биореактор работает успешно и справляется с нагрузкой.

3.   Данный метод переработки органических отходов можно распространять и на другие предприятия, имеющие большое количество органических отходов (например, на дошкольное отделение МОУ СОШ № 29 им. П.И. Забродина).

Заключение

В результате реализации нашего проекта, органические  отходы проходят полную утилизацию: измельчение, цикл аэробной и затем анаэробной очистки с превращением в техническую воду, которую используют в поливе растений теплицы в качестве органического удобрения.

В данный момент ведется разработка системы прудов для доочистки технической воды.

Выдвинутая нами гипотеза подтвердилась.

Приложение 1

Схемы работы биореактора МОУ СОШ № 29 г. Подольск

1(а). Блок подготовки водной органической суспензии		1(б). Блок подготовки водной органической суспензии
Растительные отходы из теплицы		Пищевые отходы из школьной столовой
РАКОВИНА		РАКОВИНА
Измельчитель Model XL (измельчение растительных отходов)		Диспоузер (измельчение пищевых отходов)
Емкость для накопления измельченных отходов		Ёмкость для накопления измельченных отходов
Приемная ёмкость диспергатора РПА -035-5-0,5-УЗ		Приемная емкость диспергатора Oasis 130R
1.     Блок предварительного нагрева суспензии

Приложение 2

2.     Схема  биогенератора (биотехнологического комплекса)

 

 

 

 

 

Приложение 3

Фото 1. Раковина приёма органических отходов	Фото 2. Ёмкость сбора органических отходов и первичной обработки
Фото 3. Ёмкость приёма помёта перепелов и кроликов	Фото 4. Насос подачи пульпы в реактор
Фото 5. Блок нагрева теплоносителя	Фото 6. Биореактор