Утилизация осадков сточных вод очистных сооружений посредством компостирования

При внесении осадков в расчетных  дозах качество выращиваемой сельскохозяйственной продукции должно соответствовать  гигиеническим требованиям безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.

При содержании в почве любого из нормируемых загрязнений в концентрации свыше 0,8 ПДК внесение осадков в  качестве удобрения запрещается.

При возможном содержании в осадках  ненормируемых тяжелых металлов и органических соединений, для которых разработаны ПДК в почвах, дозу внесения осадков также рассчитывают по вышеуказанным формулам.

При несельскохозяйственном использовании осадков дозы внесения определяются технологиями выращивания культур и технологиями рекультивации.

Осадки, в которых нормируемые таблицей 4 показатели превышают допустимые для группы II значения, но при этом по химическому составу соответствуют 4-му классу опасности, могут использоваться для восстановления продуктивности нарушенных земель с целью лесохозяйственного и рекреационного направления из рекультивации или подлежат размещению на специально обустроенных полигонах или полигонах ТБО.

По санитарно-бактериологическим и паразитологическим показателям  осадки должны соответствовать требованиям  таблицы 4.

Нормирование воздействий, связанных с применением высоких доз органических удобрений, имеет чрезвычайно большое значение в предупреждении возможных негативных последствий [21]. Процедура определения лимитов, по сути, сводится к оценке предполагаемого воздействия органических отходов производства на окружающую природную среду. Фактически на основании имеющейся информации выполняется прогноз и уже с помощью этого прогноза решается вопрос о допустимом к применению количестве органических отходов в качестве удобрений.

Первым этапом решения этой задачи является сбор исходных данных, которые должны включать в себя сведения о состоянии компонентов агроэкосистемы в данный момент времени. Для этого проводится детальное обследование территории. Исходные данные должны содержать сведения о предполагаемом составе органических удобрений, структуре посевных площадей, планируемых севооборотах и урожайности культур.

Второй этап работы – это собственно прогнозирование негативных изменений  и введение соответствующих ограничений. Использование осадка сточных вод на удобрение допускается после установления класса токсичности (опасности) в соответствии с действующими нормативными документами и принятия мер по его обезвреживанию.

В результате применения высоких доз  органических удобрений могут иметь  место негативные эффекты, обусловливающие следующие ограничения:

1. Ограничение по азоту. В условиях высокой азотной нагрузки на агроэкосистему возможно избыточное нитратонакопление в растительной продукции и загрязнение нитратами природных вод, поэтому одним из основных лимитирующих факторов применения органических удобрений является концентрация в них азотсодержащих соединений. В соответствии с СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения», не допускается внесение общего азота с осадком более 300 кг на 1 га, в том числе  минерального азота, превышающее вынос годовым урожаем культуры, под которую вносится осадок. В то же время специалисты ВНИПТИОУ считают, что разовая доза азота при внесении его с органическими удобрениями не должна превышать 200 кг/га [22].
2. Ограничение по фосфору. Относительно высокое содержание фосфора в органических отходах в комплексе с ярко выраженной поглотительной способностью почвы в отношении данного элемента могут вызвать аномально высокое накопление его в отдельных компонентах агроэкосистемы и возникновение острых экологических проблем. Ограничения, распространяющиеся на внесение органических отходов по фосфору, определяются исходя из содержания данного элемента в удобрениях, в почве. Кроме этого, учитывается баланс фосфора при выращивании на рассматриваемой площади конкретной культуры с определенной запланированной урожайностью.
3. Ограничения по тяжелым металлам. Учитывая наличие в осадках различных токсичных ингредиентов, в том числе и тяжелых металлов, нормы внесения осадка определяются в каждом конкретном случае расчетным путем. Нормы внесения не должны вызывать накопление тяжелых металлов в почве выше 0,7-0,8 ПДК по транслокационному показателю:

Ф + Д < 0,8 ПДК,

где Ф – исходное содержание элемента в почве до внесения осадка, мг/кг;

Д – дополнительное поступление  данного элемента в почву с  осадком, мг/кг;

ПКД – допустимый уровень элемента в почве (по транслокационному показателю), мг/кг.

Расчет теоретически допустимых норм вносимого осадка сточных вод по содержанию тяжелых металлов проводится по следующей формуле:

Д = ^{(0,8хПДК –Ф)х3000,} где

               с

Д – теоретически допустимая норма  осадка, т/га сухой массы;

ПДК (ОДК) – предельно допустимая концентрация тяжелого металла в почве, мг/кг;

Ф – фактическое содержание тяжелого металла в почве, мг/кг;

с – содержание тяжелого металла в осадке, мг/кг сухой массы;

3000 – масса пахотного слоя  в пересчете на сухое вещество, т/га.

Расчет проводится по каждому нормируемому веществу отдельно. Из полученных данных выбирают минимальное значение, которое и определяет дозу удобрения с учетом свойств почвы и ее фактического загрязнения. После определения ограничений по всем вышеназванным параметрам лимит на внесение устанавливают с учетом самого жесткого из ограничений.

Осадки сточных вод и компосты из них применяются для удобрения  земель, отводимых под посадки древесно-кустарниковых насаждений, питомников, парков; под долголетние культурные сенокосно-пастбищные угодья; при перезалужении; под зернофуражные, силосные, технические культуры, а также на паровые поля и при рекультивации земель. Запрещается внесение осадков в почву в водоохранных и заповедных зонах, поверхностно в лесах, лесопарках, на сенокосах и пастбищах, а также на почвах, загрязненных тяжелыми металлами.

Норма внесения ОСВ во многом определяется также механическим составом почвы. Так, на землях среднего и тяжелого механического состава во избежание  накопления тяжелых металлов не допускается внесение более 10 т/га сухой массы осадков промышленно-бытовых сточных вод в чистом виде или в составе компостов, при периодичности внесения не менее 5 лет. На легких песчаных и супесчаных почвах норма удобрения ограничивается 7 т/га с периодичностью внесения не менее 3 лет.

В повышенных нормах (до 30 /га сухого вещества) осадки промышленно-бытовых сточных вод и стоков пищевой промышленности применяются для удобрения не загрязненных тяжелыми металлами земель, отводимых под посадки древесно-кустарниковых насаждений, питомников, парков, под долголетние сенокосно-пастбищные угодья, при рекультивации земель.

Внесение осадков на торфяных почвах по агрономическим соображениям не рекомендуется.

Запрещается применение осадков и  компостов из них на почвах с рН_сол. Ниже 5,5 без их предварительного известкования, если содержание кальция в осадке или компосте не обеспечивает поддержание рН почвы на уровне 5,5 и более.

Почвенное размещение ОСВ – единственный способ использования ОСВ, останавливающий образование цепочки отходов. Более того, это способ превращения отходов в доходы. Разумный подход к почвенному использованию ОСВ не только способствует решению проблем уничтожения ОСВ, восстановления отторгнутых земель, улучшения их плодородия, но и может стать основой для снижения затрат в сельском хозяйстве.

Одной из основных проблем, возникающих  при почвенном размещении ОСВ, особенно в сельском хозяйстве, является содержание в них тяжелых металлов, токсичных органических веществ, патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов.

Согласно [23], обезвреживание и обеззараживание осадка сточных вод может быть осуществлено одним из следующих способов:

• термофильным сбраживанием в метантенках или термосушкой;
• облучением инфракрасными лучами (камера дегельминтизации);
• пастеризацией при температуре 70^оС и времени теплового воздействия не менее 20 минут;
• аэробной стабилизацией с предварительным нагревом смеси сырого осадка с активным илом при температуре 60-65^оС в течение 2-х часов;
• компостированием (с опилками, сухими листьями, соломой и торфом, другими водопоглощающими средствами) в течение 4-5 месяцев, из которых 1-2 должны приходиться на теплое время года, при условии достижения во всех частях компоста температуры не менее 60^оС;
• выдерживанием на иловых площадках в условиях I и II-го климатических районов в течение не менее 3-х лет, III-го климатического района – не менее 2-х лет, IV-го климатического района – не менее 1 года.

2.5. Обезвреживание осадков с  помощью высоких технологий

Немецкая компания Thermo-System – мировой лидер в обезвоживании осадков сточных вод с помощью робота Elektrishe Schwein («Электрическая свинья»). В ходе обезвоживания происходит обеззараживание от патогенных организмов и детоксикация токсичных веществ, дезодорирование. После такой обработки отходы можно беспрепятственно сжечь или произвести на их основе сельскохозяйственное удобрение. Получая электричество по проводам (расход энергии невелик), этот покрытый нержавеющей сталью полностью автономный робот катается по грязи со скоростью до 1 м/с и орудует своими инструментами: перемешивает, переворачивает, перепахивает, рыхлит, «проветривает» и т.д. Маленькая версия робота стоит от $180 тыс., а самая большая, способная «обслуживать» город в 300 тыс. жителей, – около $1,8 млн. Фирма уже продала свои системы 60 клиентам в Германии, Франции, Бразилии, Австралии и Австрии [24].

Гран-при КРИ-2006, премии, присуждаемой генеральным партнером V конкурса русских инноваций – компанией Shell, получил проект «Коммерциализация технологий плазменной очистки сточных вод и доочистки питьевой воды», представленный московским ЗАО «Техносистема-ЭКО». Второй по значению инновационной премии американской компании 3М был удостоен проект ФГНУ «НИИ высоких напряжений» (г. Томск) «Разработка электроимпульсной технологии обработки воды и промышленных стоков».

Технология электроимпульсной обработки воды и промышленных стоков представляет собой так называемый деструктивный метод, в основу которого, в отличие от регенеративных методов, удаляющих примеси из воды в твердую (адсорбция), газовую (десорбция) или неводную жидкую (экстракция) фазы, положено внесение химических изменений в структуру и состав молекул примесей. Причем наиболее действенным превращением является окисление веществ, которое также служит наиболее эффективным средством в отношении микроорганизмов, в том числе и патогенных.

Отличительные черты  метода – высокая скорость и эффективность обработки воды. Эти обстоятельства наряду с нечувствительностью к оптическим свойствам жидкости позволяют с большой долей вероятности использовать данный метод также и в обработке сточных, речных, промывных и шахтных вод.

В свою очередь, ученые и  технологи московского ЗАО «Техносистема-ЭКО» разработали технологию плазменной очистки сточных вод и доочистки питьевой воды. Как отмечают авторы этого проекта, технологии, предлагаемые к коммерциализации, были разработаны бывшими работниками российской оборонной промышленности как спин-офф результатов 15−летних исследований в области технологий плазмы тлеющего газового разряда.

Новизна технических  решений плазменного очистного  оборудования ЗАО «Техносистема-ЭКО» заключается, прежде всего, в применении особых типов газовых разрядов в плазмохимическом реакторе при обработке водных растворов, специальных режимов обработки последних, а также в оригинальных конструкторско-технических характеристиках плазмохимического реактора и всей установки в целом.

Повышенный интерес  экспертов компании Shell к проекту  московских ученых во многом связан с  большими перспективами использования  разработанной технологии водоочистки  в нефтяном бизнесе. В ходе полевых  испытаний оборудование ЗАО «Техносистема-ЭКО» доказало свою высокую эффективность как при очистке загрязненных вод от высокооктанового бензина с добавками метилтретбутилового эфира (MTBE), так и при очистке загрязненной нефтепродуктами морской воды.

2.6. Методы реагентной обработки

В ОСВ переходит 50-80% тяжелых металлов (Pb, As, Hg, Cd, Ni, Cr, Mn, Zn, Cu), поступающих в составе стоков на очистные сооружения. Их содержание зависит от времени года и степени очистки промышленных сточных вод. Однако балансовые расчеты показывают, что даже в отсутствие промышленных стоков в ОСВ может попадать до 100% допустимого уровня меди и цинка, 77,4% – хрома, 62,5% – ртути, 51,4% – никеля за счет их содержания в водопроводной воде.

Для освобождения ОСВ от тяжелых  металлов применяют обработку специальными реагентами [25]. Весьма актуальной является идея реагентного обезвреживания и обеззараживания осадков.

Список таких методов открывают  природные сорбенты. Природные сорбенты являются недорогим природным сырьем, характеризуются доступностью получения и крупными ресурсами в недрах. На осадках очистных сооружений г. Усть-Каменогорска с использованием природных бентонитовых глин Таганского месторождения (Восточный Казахстан) был проведен ряд опытов с целью изучения влияния природных сорбентов на физико-химические свойства осадков. Сопоставив результаты биотестирования с результатами по выщелачиванию тяжелых металлов, была выявлена зависимость улучшения состояния тест-растений от снижения концентрации металлов в водной вытяжке с повышением концентрации сорбента в смесях. Было показано, что природные сорбенты позволяют снижать токсичность находящихся в ОСВ металлов, уменьшать их выщелачивание и повышать влагоотдающую способность осадков. Все это говорит в пользу применения природных сорбентов для улучшения экологических свойств осадков, содержащих тяжелые металлы [26].