Процессы, осуществляющиеся в камерах обезвреживания, были прослежены весьма многими исследователями.
Из советских работ можем отметить исследования Анастасьева (1947), Виноградова (1938), Сошко-Германовой (1939), эксперименты, проведенные коллективом Центрального санитарного института им. Эрисмана (1935—4940), и другие работы. Отдельные статьи перечислены в приложенном к настоящей монографии списке литературы.
Принцип камер обезвреживания был разработан в 1914 г. Д. Беккари.
Благодаря приспособлению, не позволяющему мусору слёживаться, и наличию вентиляционной системы, в камерах достигается хорошая аэрация отбросов. Это позволяет развиться в мусоре бурным аэробным микробиологическим процессам. Существующая термоизоляция предупреждает потерю тепла, образующегося при жизнедеятельности микроорганизмов. Температура мусора довольно быстро повышается; создается обстановка, благоприятная для размножения термофилов, которые, как известно, весьма быстро разрушают органические соединения.
Некоторые исследователи рекомендуют после загрузки мусора в камеры подогревать его горячим воздухом. Это сильно сокращает первую фазу переработки мусора, и тогда срок компостирования уменьшается почти вдвое (до 12—15 дней). Для ускорения развития микроорганизмов в мусор советуют также вносить минеральные удобрения.
В Советском Союзе камерный способ обезвреживания отбросов поручил довольно широкое распространение. Биотермические камеры оригинальных конструкций, разработанных советскими специалистами, построены во многих городах СССР.
Первое указание о целесообразности использования биотермических камер было сделано у нас Строгановым в 1925 г. По его предложению впервые в СССР были построены опытные камеры в Москве на Кожуховской станции аэрации сточных вод.
Камеры обезвреживания широко внедряются в практику городского хозяйства и за рубежом. Однако первая опытная камера даже в Америке (1930) была установлена позднее, чем в СССР.
В настоящее время имеются многие модификации камер обезвреживания, но основной принцип их устройства тождествен. Для примера можно указать относительно небольшую камеру Беккари объемом около 20 м3. Некоторые установки, как камера Вибо, имеют объем до 1000 м3. В последней процесс загрузки и выгрузки материала механизирован. Для ускорения совершающихся в камере процессов через мусор продувается воздух под давлением 8 атмосфер.
Совокупность проведенных работ по изучению переработки мусора позволяет происходящий в камерах процесс разбить на три периода.
1. Фаза нарастания температуры. Она длится примерно 10 дней. К концу этого периода температура может достигнуть 70° и более. Следует отметить, однако, что не все слои компоста испытывают совершенно тождественный нагрев. В некоторых местах температура держится на значительно более низком уровне, чем в других точках компоста. В течение этого периода основная роль в компостах переходит к теплолюбивым микроорганизмам.
2. Стационарная фаза поднятой температуры. Данный этап может быть различным по длительности в компостах неодинакового состава. Наиболее часто он длится 3—4 недели. Если эта фаза протекает при сильно поднятой температуре, то в компосте могут быть уничтожены не только неспороносные мезофилы, но также и споры данной температурной группы бактерий.
3. Фаза медленного падения температуры. Значительное снижение температуры показывает, что все подвижное вещество компоста израсходовано, и мусор должен считаться переработанным. Он может быть выгружен и использован как удобрение для культурных растений.
В камерах обезвреживания мусор довольно быстро обезвреживается от вредных микро- и макроорганизмов. Он освобождается от личинок насекомых примерно на 4-й день, от основной массы бактерий кишечной группы — на 10-й день, от спороносных патогенных бактерий — на 25-й день.
Следует, однако, отметить, что полной гарантии уничтожения в камерах спороносных патогенных бактерий дать нельзя. В отдельных, менее нагревающихся зонах данные микроорганизмы могут перенести повышенную температуру в жизнеспособном состоянии. Этим, в частности, объясняются противоречивые результаты в опытах с тест-объектами, содержащими спороносные бактерии, которые исследователи закладывали в биотермические камеры.
Давая представление о температурном режиме камер обезвреживания, мы ограничимся двумя примерами. Первый, заимствованный из работы Виноградова, указывает динамику температур в процессе созревания компоста в камере. Во втором случае мы пользуемся некоторыми данными Тукалевской (1935—1940), полученными ею при изучении значительной серии разнообразных компостов. Последняя работа проводилась в Центральном санитарном институте им. Эрисмана при консультации автора.
В летнее время перерабатываемая в камере масса разогревается быстрее и равномернее. На подъем температуры влияет не только погода, но и химический состав мусора. Последний момент должен быть понятен из тех сведений, которые даны в разделе о термогенезе.
Микрофлора компостов, созревающих в камерах, не может считаться выясненной сколько-либо подробно. Исследования Ваксмана (1939) (см. ниже) показывают, что при температуре 50—00° видовой состав микробов в компосте более разнообразен, чем при более высоких температурах. Выше 65° перестают развиваться грибы, и основная роль переходит к бактериям и актиномицетам.
Совершенно естественно, что температурный фактор, существенно сказываясь на составе микронаселения компоста, сильно влияет и на ход минерализационных процессов.
Мезофильные микроорганизмы играют большую роль лишь в начальный период компостирования. По данным Сошко-Германовой, при повышении температуры все группы мезофильного микронаселения в компостируемой массе испытывают сильнейшее угнетение.
В конечные сроки, когда температура снижается, мезофильные микробы вновь начинают размножаться в сбраживаемой массе. Это указывает на существование в камере очагов, где даже чувствительные к повышенной температуре микробы переносят достаточно высокий нагрев. В частности, это относится к тарификаторам, отличающимся весьма малой термоустойчивостью.
Судя по весьма большому материалу Тукалевской, далеко не всегда в фазу разогревания компоста чашечный подсчет при 37° отмечает резкое понижение общего числа микроорганизмов, растущих при данной температуре. Это легко объясняется тем, что в компостах доминируют не облигатные термофилы, а термотолерантные формы микроорганизмов, которые хорошо развиваются как при 37°, так и при повышенных температурах.
Вторичное нарастание числа микробов, развивающихся при 37° к двухнедельному сроку компостирования, объясняется значительным увеличением в мусоре группы картофельной палочки. Эти термотолцрантные бактерии заканчивают развитие при температуре 55—56°.
Бросается в глаза также то, что городской мусор весьма богат термофилами уже при его поступлении в камеры. Это объясняется тем, что процесс разогревания отбросов обычно начинается в дворовых сборниках мусора, вследствие чего они обогащаются термофильной микрофлорой.
Следует подчеркнуть известное падение числа термофилов к концу процесса компостирования. Это зависит от вымирания некоторого количества клеток термофилов при истощении питательного субстрата.
Во всяком случае, материал, получаемый из камер обезвреживания, весьма богат термофильной микрофлорой. Имеющиеся данные позволяют утверждать, что на 1 г переработанного мусора приходится 10—25 млн. зародышей термофильных бактерий и актиномицетов.
Заканчивая рассмотрение процессов, происходящих в камерах обезвреживания, считаем полезным привести некоторые данные химического характера. Прежде всего отметим состав газов, имеющихся в камере. Из материалов Сошко-Германовой и Виноградова видно, что окисление органических веществ в камерах происходит достаточно полно и восстановленных продуктов не получается. Атмосфера камер свободна от сероводорода и метана.
Совершенно очевидно, что в зависимости от характера поступающего в камеру материала состав готового компоста может сильно меняться. Так, по указаниям Виноградова, в камерах высокого нагрева бумажные ткани существенно не меняются; по наблюдениям же Сошко-Германовой они сильно разлагаются. Это разногласие, по нашему мнению, объясняется тем, что распад клетчатки может происходить лишь при достаточной обеспеченности субстрата подвижным азотом. Поэтому в мусоре, бедном азотсодержащими фракциями, целлюлозоразлагающие микроорганизмы работают слабо.
За время компостирования мусора его объем уменьшается на 40% и более. Особо следует отметить значительное увеличение при созревании компоста перегнойных веществ. Они составляют до 15% от веса готового компоста. Надо заключить, что компостирование сводится не только к распаду органических соединений, но и к новообразованию гуминовых веществ.
Таким образом, материалы наглядно показывают, что компостируемые при высокой температуре массы чрезвычайно обогащаются термофильными микробами и могут служить материалом, загрязняющим внешнюю среду данной группой микроорганизмов.