Утилизация осадков сточных вод очистных сооружений посредством компостирования

По данным Э. Рюмбензам и Э. Рау (1969), в ОСВ содержание общего азота и фосфора в 1,5-2 раза выше, чем в навозе КРС, а именно эти элементы определяют ценность любого вида удобрений. Колебания в содержании основных элементов питания в ОСВ составляет: по азоту 0,8–6%, фосфору 0,6–5,6%, калию 0,1–0,5%. Примерно такие же данные приводят ученые США и Канады: азот 1,1–7,6%, фосфор 1,3–8,0, калий 0,1–0,3% (Kick H., 1970). Несомненным достоинством ОСВ является высокое содержание органического вещества до 75% (Schultz W., 1951; Jahnson S., 1963; Туровский И.С., 1977).

На выявление питательной ценности ОСВ, их влияния на свойства почв, урожай и качественный состав выращиваемых растений направляют усилия многие американские исследователи. Так, Smith S., Henry C., Harrison R.(1992 г.) провели исследования на 3-х типах почв, с количеством внесенного осадка от 23 до 470 т/га. Отмечено изменение величин емкости поглощения, содержания органического углерода, общего азота и тяжелых металлов по профилю почв. Наиболее высоким оказалось увеличение азота в горизонте А, тогда как в горизонтах В и С – незначительное. Содержание органического углерода в целом имело ту же тенденцию к увеличению, но сильно сказывалась суммарная доза удобрений и распределение ее по годам. Емкость обмена катионов повышалась по всем горизонтам, отмечено снижение значений рН в горизонте А и В. Содержание тяжелых металлов, особенно Cd, Cr, Cu, Pb, Zn возрастало заметно, особенно в горизонте А, и сильно зависело от содержания их в осадке и норм осадка.

Skausen J., Clinger C. (1993) оценивали эффективность  применения ОСВ на отвалах  добычи каменного угля. Отвалы  кислые. Применяли известь (4,5 т/га), вносили минеральные удобрения по N 67 Р 134 К 134 и сеяли клевер красный, овсяницу тростниковую, ежу сборную и лядвенец рогатый. Оценивали эффективность разового внесения в 1986 г. ОСВ по 0,15, 31 и 64 т/га сухого вещества, наблюдали за ростом растений и изменением свойств почвы на отвале. При внесении ОСВ надземная биомасса трав возрастала, хотя доля бобовых компонентов в травостое уменьшалось из-за большого количества азота, поступившего с осадком. При внесении высоких доз ОСВ увеличивалось в почве содержание органического вещества с 1,5 до 2,2%, количество подвижных форм Си в 4,6, Zn в 5,1, Fе в 1,4, и РЬ в 1,3 раза, но значение рН почти не изменилось. На нейтральной неразрушенной почве вблизи отвалов с естественной травянистой растительностью внесение осадка приводило к повышению продуктивности посевов в 1,5 - 2,8 раза, увеличению содержания в почве Fe, Cu, Zn, Cd, но в меньшей мере, чем на кислом отвале, величина рН после внесения осадка слабо изменилась.

Peterson A., Speth P., Corey R. (1992) провели исследования действия ОСВ на иловатой среднесуглинистой почве с кукурузой. Определили влияние осадка на урожай кукурузы, содержание питательных веществ в почве и грунтовых водах. Вносили ежегодно по 6,6 и 13,2 т/га ОСВ в пересчете на сухое вещество. С 6,6 т/га ОСВ поступало приблизительно азота 200 и фосфора 450 кг/га. Через 12 лет применения по 6,6 и 13,2 т/га ОСВ в почвах содержалось соответственно 455 и 666 кг/га фосфора. Не отмечено неблагоприятного влияния на рост растений кукурузы, очень высокого содержания свинца в почве и на баланс питательных веществ в растении. Сделаны выводы о возможности дальнейшего применения ОСВ в нормах, не превышающих потребности кукурузы в азотных удобрениях.

Clapp G. и др. (1993) исследовали ОСВ на предмет разработки высокоэффективных экологически безопасных технологий. Жидкие дигестированные ОСВ вносили на террасированную водосборную площадь и выращивали кукурузу и канареечник. Применяли ОСВ в течение 19 лет (в сумме 200 т/га сухого вещества) и получили высокие урожаи кукурузы. При этом содержание в растениях азота, фосфора и калия оказалось нормальным. По мере увеличения норм ОСВ в почве возрастало количество органического и общего азота.

Показано, что ОСВ могут быть хорошим источником питательных веществ для растений при экологически безопасном состоянии среды.

Определенная  работа по изучению и использованию  ОСВ проводилась и проводится и в нашей стране, в результате которой сделан вывод, что ОСВ обладают высоким удобряющим эффектом при выращивании сельскохозяйственных культур, но при их применении должны учитываться климатические условия региона, типы почв, виды осадка и конкретно вид выращиваемой культуры [19].

При возделывании сельскохозяйственных культур наряду с основными элементами питания происходит и вынос микроэлементов с урожаем. Одним из источников пополнения почв необходимыми микроэлементами могут быть осадки городских сточных вод. По литературным данным (Ильин В.Б. и др., 1991), содержание микроэлементов в ОСВ колеблется в достаточно широких пределах: медь – 50-4000, цинк – 70-40000, марганец – 60- 4000, кобальт – 2-300 мг на 1 кг сухого вещества. Внесение 1-4 тонн сухого вещества ОСВ с содержанием указанных элементов на уровне ПДК может на 8-10 лет обеспечить бездефицитный баланс микроэлементов в севообороте. Это очень важно, поскольку почвы с низкой обеспеченностью микроэлементами составляют в различных районах страны от 10 до 40% пашни.

Вместе с тем ОСВ является ценным комплексным удобрением и  может после соответствующей  подготовки и проверки использоваться в качестве органо-минеральных удобрений в народном хозяйстве, как это делается во многих странах мира. Однако в качестве удобрений можно использовать не все виды осадков, что обусловлено их различной природой. Так, сырой осадок из первичных отстойников, если он не был подвергнут термической сушки или компостированию, представляет собой потенциальную опасность, поскольку, как правило, содержит патогенную микрофлору и яйца гельминтов. Кроме того, необработанный, сырой осадок не рекомендуется использовать в сельском хозяйстве, так как его физическая структура вредно отражается как на структуре почвы, так и на росте растений.

Сброженный осадок может использоваться как в жидком состоянии, так и  в виде кека. Однако в результате сбраживания ценность осадка как удобрения снижается, так как содержание азота уменьшается на 50% и теряются органические вещества.

Активный ил, обезвоженный и высушенный при высоких температурах, представляет собой ценное удобрение, которое  безопасно может быть использовано. Однако термическая сушка – дорогостоящий процесс.

В зависимости от способа получения  различают следующие виды удобрений  на основе ОСВ:

1. термически высушенные ОСВ;
2. термически обработанные ОСВ;
3. обезвоженные ОСВ, обеззараженные химическими методами;
4. компосты-смеси ОСВ с влагопоглощающими органосодержащими материалами (торф, опилки, лигнин, кора), обеззараженные биохимическими методами;
5. органо-минеральные удобрительные смеси – смеси ОСВ с различными видами влагопоглощающих, структурообразующих наполнителей (включая органосодержащие материалы), обеззараженные химическими методами.

Станции аэрации ГУЛ «Мосводоканала»  проводят очистку сточных вод  с применением современных технологий с использованием передового зарубежного опыта и включают в себя несколько этапов механической и биологической очистки.

В результате этих работ получается механически обезвоженный осадок, который  приближается к санитарным нормам (СанПиН 2.1.7.573-96) и требованиям «Типового  технологического регламента использования осадков сточных вод в качестве органического удобрения; М. 2000г.», что делает его практически пригодным для широкого использования при озеленении городов и при выращивании декоративных растений в питомниках.

Использование ОСВ при рекультивации  земель позволяет эффективно восстанавливать деградирующие почвы городов и прилегающие к ним зеленые зоны. Озеленение крупных городов испытывает большую и все возрастающую потребность в органических удобрениях, которая в значительной мере может быть удовлетворена за счет ОСВ, получаемых здесь же, в городах.

Предварительные исследования и опыт применения ОСВ  в озеленении крупных городов (Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Владимир и др.) свидетельствует о высокой положительной реакции декоративных культур на использование осадков в качестве удобрения в городских условиях.

Оценка качества ОСВ проводится комплексно по агрохимическим, санитарно-гигиеническим и ветеринарно-санитарным показателям.

По удобрительным  свойствам ОСВ могут рассматриваться  как органо-минеральные и органические удобрения, аналогичные органо-минеральным компостам, подстилочному или бесподстилочному (жидкому) навозу.

В сухой массе  осадков содержится: органического  вещества – 40-60%, азота – 1-3%, фосфора  Р₂О₅ – 1-4%, калия К₂О – 0,2-0,7%, кальция – 3-5%. Осадки содержат также магний, серу, другие макро- и микроэлементы, необходимые для питания растений.

Для установления удобрительной ценности в каждой партии осадков, однородной по своему происхождению, должны быть определены рН_сол., содержание сухого вещества, органического вещества, золы, общего и минерального (нитратного NО₃ и аммонийного NО₄) азота, общих и подвижных форм фосфора Р₂О₅, калия К₂О и общего кальция.

В целях исключения опасности загрязнения почв, продукции  и окружающей среды тяжелыми металлами  ОСВ, предназначенные для удобрения, должны в обязательном порядке анализироваться на содержание тяжелых металлов: свинца, кадмия, хрома, меди, никеля, ртути, цинка.

Нормативные требования к ОСВ указаны  в таблице 4 [20]. Настоящий стандарт устанавливает основные требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений, а также требования к охране окружающей среды. Настоящий стандарт распространяется на осадки, образующиеся в процессе очистки хозяйственно-бытовых, городских (смеси хозяйственно-бытовых и производственных), а также близких к ним по составу производственных сточных вод и продукцию (удобрения) на основе осадков. Стандарт не распространяется на осадки производственных предприятий (предприятия целлюлозно-бумажной, химической, в том числе производства синтетического каучука, химического волокна, химических средств защиты растений, нефтехимической и других отраслей промышленности), в сточных водах которых могут содержаться токсичные органические вещества первого и второго класса опасности в количествах, превышающих их предельно допустимые концентрации (ПДК) в воде водных объектов.

Требования стандарта обязательны  для коммунальных служб муниципальных  и ведомственных предприятий  и организаций, имеющих право  поставлять и использовать осадки в качестве удобрений в сельском хозяйстве, промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, в лесных и декоративных питомниках, а также для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов твердых бытовых отходов (ТБО).

Таблица 4.

Нормативные требования к осадкам сточных вод, применяемым в качестве удобрений [20].

Примечание: * - при сельскохозяйственном использовании осадки подразделяются на две группы по концентрации тяжелых  металлов и мышьяка: если содержание хотя бы одного из нормируемых элементов превышает его допустимый уровень для группы I, то осадки относят к группе II. Осадки группы I используют под все виды сельскохозяйственных культур, кроме овощных, грибов, зеленных и земляники. Осадки группы II используют под зерновые, зернобобовые, зернофуражные и технические культуры. Осадки групп I и II используют в промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, лесных и декоративных питомниках, для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов ТБО.

Нормирование показателей качества ОСВ осуществляется с учетом почвенно-климатических, гидрологических условий территории конкретного объекта, биологических особенностей выращиваемых культур. Учитывая большое разнообразие осадков сточных вод, почвенно-климатических, экологических и социально-экономических условий объектов, не исключается введение дополнительных показателей при условии, что они не повлекут за собой снижения плодородия почвы, ухудшения качества урожая выращиваемых культур, вредного влияния кормовой продукции на организм животных и экологической ситуации.

Нормы внесения осадков устанавливают  в зависимости от их удобрительной  ценности и содержания тяжелых металлов в почвах и осадках. Запрещается  внесение осадков, если содержание тяжелых металлов в них превышает нормы, указанные в табл. 4. Дозы внесения осадков под сельскохозяйственные культуры в каждом конкретном случае рассчитывают с учетом фактического содержания нормируемых в табл. 4 загрязнений в осадках и в почве на участке внесения осадка по формулам:

Д_общ. = [(0,8 ПДК – Ф) х m]/c       (1)

Д_раз. = (0,1 ПДК х m)/с                  (2), где:

Д_общ. – общая (суммарная) доза внесения осадка по содержанию нормируемых загрязнений, т/га сухого вещества;

Д_раз. – максимально допустимая разовая доза внесения осадка, т/га сухого вещества;

ПДК – предельно допустимая концентрация нормируемого загрязнения в почве, мг/кг; при отсутствии утвержденных ПДК в расчете используется ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) загрязнения в почве;

Ф – фактическое содержание загрязнения в почве, мг/кг;

с – концентрация загрязнения в  осадке, мг/кг сухого вещества;

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

Если расчет проводят по каждому  нормируемому или ненормируемому загрязнителю отдельно, то из полученных данных выбирают минимальное значение, которое и определяет дозу конкретного осадка с учетом свойства почвы и ее фактического загрязнения. Количество минерального азота, вносимого с осадком, не должно превышать его вынос с урожаем культур. Внесение подвижного фосфора с осадками ограничивается емкостью поглощения фосфатов почвами.