Утилизация осадков сточных вод очистных сооружений посредством компостирования

Касатиков В.А. и Нефедова Е.А. [66] с целью оценки пригодности ОСВ кожевенного производства в г. Рязани в качестве субстрата для вермикультивирования на опытном полигоне завода были проведены комплексные эксперименты. ОСВ смешивались в различных пропорциях с полупрелым навозом КРС (30:70, 50:50, 70:30, 100:0 в %). Наиболее динамичное развитие популяции червей (выживаемость взрослых особей, длительность адаптационного периода, плодовитость) происходило на субстрате с 30%-ым содержанием ОСВ).

Специалисты Белорусской  сельскохозяйственной академии [67] проводили исследования по утилизации радиоактивно загрязненных ОСВ г. Могилева. Установлено, что положительный эффект вермикомпостирования проявился в том, что в конечном продукте заметно снизилось содержание легкодоступной фракции тяжелых металлов (ТМ). Показано также, что ⁹⁰Sr слабо поглощается тканями дождевых червей, основное снижение суммарной активности вермикомпоста обусловлено снижением в нем ¹³⁷Cs.

Эффективность вермитехнологии  на ОСВ в сравнительном аспекте  с другими субстратами изучена  в Брянской государственной сельскохозяйственной академии на открытой площадке и в закрытом отапливаемом помещении. В конце технологического опыта количество взрослых червей максимально возросло на субстрате с ОСВ, обогнав навоз КРС, конский навоз, свиной навоз. Та же тенденция наблюдалась и по показателю количества молодых червей, числа коконов и выходу биомассы. А вот по выходу копролита ОСВ оказались на последнем месте.

Токсикологическая оценка биогумуса [68], проведенная по суммарному содержанию валовых и подвижных форм тяжелых металлов – свинца, кадмия, кобальта, хрома, марганца, цинка, меди, железа, – выявила значительное уменьшение их содержания при переработке дождевыми червями. Подтверждением этого положения служат данные таблицы 8, в которой представлены результаты вермикомпостирования осадков сточных вод. Исходным субстратом для получения биогумуса явились: ОСВ – 70%, подстилочный навоз – 20%, солома – 10% (водоканал Клин).

Таблица 8.

Содержание валовых  форм тяжелых металлов в осадках  сточных вод и биогумусе из них (мг/кг).

Данные, представленные в таблице 8, говорят о том, что  использование вермикультуры для утилизации осадков сточных вод позволяет значительно снизить содержание тяжелых металлов. Их уменьшение не имеет четкой закономерности. Так, снижение содержания тяжелых металлов в биогумусе из активного ила колебалось от 22,3 раз (Sr) до 1,3 раза (Cd). Эти различия связаны в первую очередь с уровнем содержания того или иного элемента. Но такой четкой зависимости может и не быть.

При вермикультивировании осадков сточных вод (водоканал  Клин) изменения были менее значительными, и они колебались от 2,9 (Pb) до 1,4 (Cu) раза. Несмотря на то, что содержание Pb превышает ПДК, в биогумусе из осадков сточных вод исчезли такие элементы как кадмий, кобальт, ртуть, что значительно снизило общую токсичность по сравнению с исходным субстратом.

Необходимо отметить высокое содержание цинка во всех рассматриваемых образцах биогумуса. Но, как установлено Б. Г. Ильиным, при загрязнении почвы цинком даже свыше 10 ПДК картофель, капуста, томат, морковь пригодны к употреблению по своим гигиеническим нормам.

Аналогичные результаты получены и другими исследователями. Установлено, что в процессе вермикультивирования происходит снижение как валовых, так и подвижных форм тяжелых металлов. Максимальная концентрация тяжелых металлов в организме калифорнийских червей отмечается уже через 10 дней, и содержание отдельных элементов в них увеличивается в 2-8 раз по сравнению с червями, находившимися в навозе КРС. Процесс зависит от адаптации червей к сырью. В серии опытов с твердыми отходами городских очистных сооружений, используемыми в различных соотношениях с соломой и птичьим пометом, количество червей увеличилось в течение 4,5 месяцев в варианте опыта 35:25:45 в 30 раз, а в варианте 20:10:70 всего в 7 раз.

Агроэкологическая оценка вермикомпоста на основе ОСВ по биологической  активности почвы показала отсутствие негативного влияния на почвенно-биотический комплекс. Внесение вермикомпоста стабильно повышало интенсивность дыхания почвы (примерно на 27%), нитрифицирующую активность (на 37%). Целлюлолитическая активность возрастала на 93% при возделывании овощных культур, но снижалась на 13% при выращивании зерновых [69].

Вермикомпосты на основе ОСВ оказывают значительное влияние  на урожайность и качество сельскохозяйственных растений. Урожайность озимой пшеницы  и ячменя по сравнению с контролем выросла на 39%, столовой свеклы, моркови и пекинской капусты – на 66%. Качество овощной продукции, выращенной при использовании вермикомпостов на основе ОСВ, в целом оценивается как удовлетворительное: содержание витамина С в столовой свекле, моркови, пекинской капусте и салате превышало контроль на 12-160%, содержание сахаров – на 12-39%, сухого вещества – на 5-18%.

Оценка безопасности сельскохозяйственной продукции по концентрации нитратного азота и  тяжелых металлов не выявила различий по сравнению с контролем в  содержании нитратного азота и превышения ПДК по свинцу, цинку и меди, но показала несоответствие санитарно-гигиеническим требованиям по кадмию.

На основании этих опытов был сделан вывод, что, поскольку  содержание тяжелых металлов в вермикомпостах на основе ОСВ остается относительно высоким, наиболее целесообразно их применение под зерновые, технические и кормовые культуры. При этом необходим жесткий контроль за получаемой растениеводческой продукцией.

Потенциал вермикультуры  в качестве способа уменьшения популяций  патогенных микроорганизмов был  доказан в лабораторных условиях Митчелом еще в 1978 году [70]. Но чтобы получить статус легитимного метода обеззараживания ОСВ, эта методика должна была пройти пилотные и широкомасштабные испытания и превратиться в стандартную операционную процедуру (СОП).

В марте 1997 года US EPA (Агентство по защите окружающей среды США) в сотрудничестве с American Earthworm Company (американская компания по разведению червей) начали совместный эксперимент в городе Окои штата Флорида [71, 72]. На основании информации, собранной во время эксперимента, предполагалось разработать методологию переработки отходов для US EPA. Для того чтобы US EPA приняла вермикультивирование в качестве альтернативного метода для получения продукта класса «А» США «Process to Further Reduce Pathogens» (PFRP) (самый высокий класс требований), необходимо было получить 3-4-хкратное уменьшение популяции патогенных микроорганизмов. Именно такое снижение привело бы к уверенности в том, что продукт, прошедший вермикомпостирование, соответствует всем нормам и требованиям класса «А» (фекальные колиформы – <1000 м.к./г сухого веса осадка; Salmonella sp. – <3 м.к./4 г сухого веса осадка и др.).

Эксперимент показал, что  черви могут уменьшать популяции  патогенных микроорганизмов, удовлетворяя стандартам US EPA, всего лишь за 144 часа, причем достижение нормативных значений по концентрации фекальных колиформ происходило через 24 часа (шестикратное снижение концентрации – 98,7%), по Salmonella sp. – через 72 часа (13-кратное снижение – 99,9%), по энтеровирусам – через 72 часа (6-кратное снижение – 98,82%), по яйцам гельминтов – через 144 часа (6-кратное снижение – 98,87%).

Вермикомпостирование  продемонстрировало достаточно быстрое  уменьшение концентрации патогенных организмов, чтобы удовлетворить требования наивысшего стандарта класса «А». Более того, полученные результаты в 3-4 раза превышали стандартные требования. В сравнительном аспекте с другими, гораздо более дорогими и технологичными способами стабилизации отходов очистных сооружений, метод вермикомпостирования относительно недорог и требует минимум техники. Кроме того, в процессе вермикультивирования отсутствует фаза предварительного компостирования. До недавнего времени этот шаг осуществлялся для того, чтобы уменьшить популяцию патогенных микроорганизмов, но настоящее исследование показало, что черви и сами прекрасно справляются с этой задачей. Польза, которую могут принести черви очистным сооружениям, превысила прогнозы, предшествовавшие настоящему эксперименту.

Было доказано, что  вермикультивирование способно с большей  эффективностью и меньшей стоимостью заменить собой все известные на сегодняшний день методы переработки ила сточных вод из городской канализации. При расчете «посевной дозы» червей исходят из того, что норма потребления отходов в сутки =1,5 их массы. Тогда еженедельное соотношение биомассы червей и массы отходов должно составлять 1:7.  Новые отходы не должны добавляться в течение как минимум 144 часов, чтобы максимизировать подавление жизнедеятельности патогенных микроорганизмов.

Оптимальное количество червей, которое необходимо для переработки ОСВ = N в день / 1,5 = N в неделю / 7, где N – количество килограмм отходов.

Возможность обезвреживания и обеззараживания ОСВ дождевыми  червями подтверждается многочисленными исследованиями. После компостирования конечный продукт не содержит патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.

Полученный вермикомпост, согласно СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения» и ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения», после установления класса токсичности может быть использован в качестве почвоулучшающей добавки и органического удобрения под технические, кормовые и древесно-кустарниковые культуры. Компосты из ОСВ 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 для внесения на паровые поля и при рекультивации земель.

Несомненно, никто не прочит этот продукт  для выращивания овощей и фруктов, хотя по санитарным нормам такой вермикомпост абсолютно безвреден. Проблема носит  чисто психологический характер, и переступить через нее, как известно, удалось лишь литературному герою Кузьме Гладышеву из романа В.Войновича «Жизнь и необычные приключения солдата Ивана Чонкина».

К сожаленью, список примеров использования  вермикомпостирования для утилизации ОСВ в России весьма и весьма мал. И одной из причин является, отнюдь, не непонимание преимуществ данного метода, а все тот же барьер в лице «слуг народа». Нынешнее поколение чиновников отличается неким уровнем информированности в сфере новых технологий, но нежелание напрягаться, боязнь не угодить «княгине А.Ю.» и помешать «князьку Х.Х.» – крепость, которую умудренные горьким опытом разработчики технологий штурмовать не решаются. Они уходят туда, где нет необходимости «метать бисер» и «ломать копья». Например, группа ученых из Южного Подмосковья разработала проект по утилизации ОСВ очистных сооружений г. Серпухова с помощью вермикомпостирования и представила его на рассмотрение в комитет по экологии при Администрации города, а также руководству очистных сооружений. Несомненно, практики, то есть руководство очистных сооружений, дали положительный отзыв и высказали живую заинтересованность в реализации заявленного проекта, тем более что ученые денег не просили. Теперь не в диковинку спонсирование проектов частными фирмами. А вот за первыми возгласами восхищения главного эколога города – дамы экзальтированной и весьма неуравновешенной – последовала несколько неадекватная реакция. Нет, дама ничего против метода как такового не имела. Но вот, оказывается, ситуация по ОСВ в городе, якобы, так резко и кардинально улучшилась в течение пяти последних дней J, что проблема сама по себе улетучилась, а разработчики просто-напросто клевещут на славный город Серпухов и нагнетают ситуацию.

И это, к сожалению, не единичный  случай.

3. Экономические аспекты утилизации ОСВ методами компостирования

Несомненно, любое начинание должно пройти предварительную оценку «риск  – доходность». Ведущим принципом  любого бизнеса является стремление к получению прибыли. Это стремление ограничивается возможностью понести убытки. Здесь появляется и формируется понятие риска. Выбирая ту или иную стратегию развития, мы можем потерять свои средства или получить сумму, меньше запланированной. Это объясняется неопределённостью ситуации, в которой мы находимся. Находясь в условиях неопределённости, нам приходится принимать решения, вероятность успешной реализации которых (а значит, и получения доходов в полном объёме) зависит от множества факторов, воздействующих изнутри и извне.

Экономические аспекты проблемы утилизации ОСВ требуют установления базовых понятий сферы экономики, регулируемой законодательством об отходах, а именно: понятий «отход» и «сырье». Отход сам по себе, согласно существующим официальным определениям и самой своей сути, сырьем не является, а может быть потенциально использован как основа формирования сырья. Само понятие «сырье», в том числе вторичное, предполагает наличие технологии его переработки в продукцию (товар, энергию и др.). Такие технологии предусматривают соответствие сырья определенным технологическим условиям: если сырье соответствует этим условиям, то оно может быть сертифицировано, то есть может быть получено свидетельство, что данное сырье является определенным товаром и имеет цену. Если это так, то сырье ставится с какой-то нулевой стоимостью (пусть даже с близкой к нулю) на баланс предприятия, которое его образовало и (или) владеет им со всеми вытекающими экономическими, в том числе налоговыми последствиями. Отход без этих процедур остается отходом, то есть не имеет товарной стоимости (цены), подлежит удалению (обезвреживанию, уничтожению, захоронению) и имеет нулевую или даже отрицательную ценность. Отходы – это любые вещества, материалы и предметы, которые образуются в процессе человеческой деятельности и не имеют дальнейшего использования по месту образования или обнаружения и от которых их собственник избавляется, имеет намерение или должен избавиться путем утилизации или удаления. За их удаление, размещение и просто накопление образователь отхода должен платить [73]. С 2006 года экологические платежи за неутилизацию отходов возросли в 5-15 раз, что само по себе увеличивает экономическую эффективность продуктов, полученных в результате их утилизации.

Бытует мнение, что, поскольку стоимость  обработки ОСВ для продажи  в качестве удобрения всегда превышает получаемый при этом доход, то производство удобрений на основе ОСВ нерентабельно. Это верно лишь в том случае, если не брать в расчет тот факт, что экологические мероприятия, как правило, сопряжены с необходимостью финансирования и до недавнего времени не предполагали собой получение прибыли. В большинстве случаев, как известно, такие мероприятия действительно носят затратный характер, и на их реализацию в госбюджете имеется специальная статья расходов. Но наука и практика ушли далеко вперед от этих консервативных взглядов и поставили человечество на путь получения прибылей из отходов производства и жизнедеятельности.