1~1 (Экологическая оценка эффективности использования осадка сточных вод в качестве удобрений), страница 2

В итальянских городах (Болонье, Ферраре, Мадене, Бари и др.) организованы центры, занимающиеся сбором отходов и их компостированием. При помощи специального оборудования производится просеивание, перемешивание отходов и их укладка в штабеля. Процесс приготовления компостов продолжается 6-12 месяцев. К городскому мусору добавляют отходы мясной и рыбной промышленности, масличного производства, виноделия, осадок сточных вод, опилки, древесную кору. Благодаря этому содержание азота в компостах повышается до 4%, фосфора- до 3%, калия -до 2%. При компостировании отходов в штабелях добавляют бактерии в расчете 700 тыс. живых клеток на 1г компостируемой массы, из них 10-20 % приходится на актиномицеты и стрептомицеты (Cavazza C., 1973).

Одним из способов утилизации ОСВ является его использование в качестве органоминерального удобрения, при этом одновременно решается ряд задач: исключается необходимость хранения (захоронения), повышается плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, не загрязняется окружающая природная среда.

М. Нерудова (1984) отмечает, что современное производство традиционных органических удобрений в Чехословакии покрывает лишь 70% потребности пахотных земель в органических веществах. Поэтому использование всех возможных дополнительных источников органических веществ является настоятельным требованием времени.

Ил со станций очистки сточных вод общественной канализации представляет собой важнейший источник органических, питательных и биологически активных веществ. Непосредственное удобрение илом со станций очистки сточных вод является выгодным способом использования этих отходов, если они используются соответствующим образом при определенных природных и производственных условиях. Благодаря экономической выгоде, которую приносит непосредственное удобрение илом его потребителям и поставщикам, а также всему народному хозяйству, указанный способ использования ила признается и применяется во всем мире.

В бывшем СССР общий годовой объем осадков на 1986 год составлял 4-4,7 млн. т по сухому веществу. К 1990 г он должен был увеличиться до 9 -10 млн. т ( Касатиков В.А. и др., 1982).

Однако уровень использования отходов городов и осадка сточных вод в сельском хозяйстве стран СНГ пока невысок. В почву вносится не более 4-6% осадка сточных вод с очистных сооружений крупных городов. Большая часть отходов вывозится на свалки, создающие опасные очаги загрязнения окружающей среды. При этом безвозвратно теряются содержащиеся в отходах полезные компоненты.

1.2. Удобрительная ценность ОСВ

Значительная часть продуктов полеводства (прямо или косвенно) направляется в пищу человека. Следовательно, выделения человеческого организма должны содержать большие количества азота и зольных составных частей, взятых растениями из почвы. Сравнительно с извержениями травоядных, отбросы человеческого организма должны быть процентно богаче (считая на сухое вещество) азотом и фосфорной кислотой, во-первых, потому, что пища человека богаче белками, чем корм травоядных. Если, например, в пище животных (сене) содержится 1,5% азота, считая на сухое вещество, то в пище человека его бывает от 2-3% (зерна хлебов) до 15% (мясо). Во-вторых, пища людей лучше переваривается, значит, большая часть ее окисляется, давая воду и углекислый газ, а потому оставшаяся доля еще больше обогащается газом, чем в организме травоядных.

В среднем, человек выделяет в сутки около 133 г твердых извержений и 1200 г жидких. В них содержится соответственно : азота 2 и 14 г, золы 4,5 и 14г, фосфорной кислоты 1,35 и 1,78 г, оксида калия 0,64 и 2,29 г.

Маки (Mechi J.J., 1859) говорил:" 200 тонн лондонских сточных вод эквивалентны 3,5 центнерам гуано".

На целесообразность использования в земледелии отбросов человеческого организма указывает Д.Н. Прянишников (1903). Он констатирует, что в городах отходы уходят в канализацию. Очень трудно определить, какую часть из них удается использовать. Ясно лишь одно, что при недостатке удобрений вообще нельзя игнорировать большие возможности, которые представляет этот источник азота, особенно при одновременном использовании торфа.

Первые опыты по изучению удобрительной ценности канализационного ила (ОСВ) были проведены П.С. Севастьяновым (1931-1937), который пришел к заключению, что осадки сточных вод могут приравниваться к навозу и минеральным удобрениям. Аналогичные выводы сделаны и другими авторами (Шванская Л.П, 1938, Беляк Б.И., 1955, Львович А.Н., 1965).

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.

Высокое содержание элементов питания в ОСВ подтверждает работа О.Д. Архип (1979). Изученный им ил с городских очистных сооружений содержал в %на сырой вес : N общий - 0,8; Р₂0₅-0,9; К₂0- 0,4; нитратный азот - 6,4мг/100; аммиачный азот- 457 мг/100; подвижной фосфор - 542 мг/100 г массы.

В технологическом цикле очистки сточных вод получаются различные типы осадков, которые по своим удобрительным качествам могут резко отличаться друг от друга. Для обезвоживания ОСВ могут использовать известь, хлорное железо. В этом случае они обогащаются кальцием, железом, а иногда магнием ( Туровский И.С., 1982).

Колебания в содержании основных элементов питания в ОСВ (Горохова С.Г., 1981, Капелькина Л.П., 1984, Алексеев Ю.В. и др., 1986, Кардиналовская Р.И., 1986) 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% (Schfäfer K., Kick H., 1970).

Несомненным достоинством ОСВ является высокое содержание органического вещества- до 75% (Schultz W., 1951, Jahnson S., 1963, Туровский И.С., 1977). Высокая оценка органического вещества дана и в работе М.М. Кононовой (1969), в которой отмечено, что органического вещество в значительной мере определяет направления процесса почвообразования, биологические, химические и физические свойства почвенной среды.

На это обращают внимание и ряд других зарубежных исследователей. Они приходят к выводу, что при многолетней обработке почва начинает испытывать недостаток в органических веществах, так как культивация ускоряет ее разрушение, а "отдача" от запашки пожнивных остатков оказывается недостаточной для возмещения потерь. Органическое вещество образует из частиц почвы агрегаты, между которыми остаются большие поры, через которые воздух может проникать к корням, а излишки воды - испаряться. При недостатке органических веществ почвенные агрегаты теряют свою прочность и распадаются. Почва становится более плотной, доступ воздуха прекращается и в результате рост корней происходит аномально. Песчаные и пылеватые почвы в наибольшей степени подвергнуты таким структурным изменениям. Внесение органических удобрений в такие почвы улучшает их качество, в результате чего полученный урожай будет выше, чем при внесении оптимального количества обычных удобрений, но без добавления органики (De Haan S., 1980).

Твердые вещества осадков оказываются более эффективными в сравнении с эквивалентным количеством хлевного навоза (Epstein E., Taylor J., 1976; Gypta S., Dowdy V., 1977; Kladivko Е., Helson D., 1979).

При увеличении пористости почвы повышается скорость инфильтрации воды и уменьшаются потери воды, а также эрозия почвы в результате поверхностного стока. Там, где на поверхность почвы вносятся жидкие осадки, поры временно закрываются и на несколько дней инфильтрация воды замедляется. Как только слой осадков начинает высыхать, он трескается, и вода легко проникает между частицами. В течение некоторого времени эти частицы предохраняют почву под собой от структурного разрушения и закупорки пор после дождя. Таким образом, более длительное воздействие приводит к увеличению скорости инфильтрации воды. Твердые вещества осадков в результате измельчения проникают в ходы дождевых червей, что ускоряет абсорбцию почвой воды, поступающей в поверхности. Поверхностное применение компостированных осадков в расчете 56 т/га увеличивает скорость инфильтрации воды на 50% по сравнению с неудобренной почвой. Действие этих осадков сохраняется, по крайней мере, в течение двух лет (Kelling K., Peterson А., 1979).

Указанные опыты показали, что внесенные с осадком в почву тяжелые металлы не сильно влияют на развитие растений. Использование осадка требует осторожности. Его следует хорошо перемешивать и строго соблюдать сроки внесения. При небольшом содержании в осадке водо-растворимого аммония часть его, связанная с органическим веществом, представляет собой источник, медленно поставляющий азот, который могут полнее использовать растения с длительным вегетационным периодом. Содержащийся в нем фосфор соответствует по действию на рост растений фосфору, извлекаемому из минеральных туков лимоннокислой вытяжкой. Недостаток калия в осадке требует его добавки в виде минерального удобрения.

Польские ученые (Kobus D., Zaban J., 1990) провели исследования с осадком сточных вод из г. Пулава на почвах различного гранулометрического состава. Отбирали образцы почв из подпахотного слоя, добавляли 5 и 10% осадка и инкубировали при 20 С в течение 24 недель. Осадок имел рН - 5,6, 16,2% органического вещества, 1,13% общего азота, 100,5мг/100г N-NH4, 1105мг/100г N-NO3, 605 мг/кг Zn, 3мг/кг Ca. Добавление осадка сопровождалось сильным увеличением численности бактерий, грибов, актиномицетов свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов (в том числе Clostridium). Не отмечено увеличения численности целлюлолитической микрофлоры. Выявлено активное разложение соединений С и N. За период инкубации количество органического углерода уменьшилось на 14-31%, N -на 0-20 %. Происходило уменьшение доли растворимых форм фосфора. Резко уменьшилось содержание подвижных форм Zn (вытяжка 0,005 М ДТПА). Сделан вывод, что ОСВ и г. Пулава может быть использован для рекультивации деградированных почв. Однако не рекомендовано применять осадок на почве с емкостью поглощения катионов <5 мэкв/100г ввиду относительно высокого содержания в ней цинка.

Румынские ученые (Dumitru M., Carstea S., Nastea B., Rauta C., 1989) считают, что в целях уменьшения загрязнения почв при использовании в качестве удобрений осадка городских сточных вод, последний следует применять в строго контролируемых условиях, ибо почвы по- разному реагируют на его внесение. Критериями пригодности почв для внесения в них осадка городских сточных вод является топография и уклон местности, текстура, водонепроницаемость и дренаж почв, поверхностный сток и эрозионные процессы, затопляемость территории, величина влагоемкости почв, глубина залегания грунтовых вод, рН почвы, емкость катионного обмена почвы, содержание в ней тяжелых металлов и возможность защиты источников водоснабжения населения. Применение ОСВ рекомендовано на однородных выровненных участках при уклоне до 5%. Возможно применение его и при уклоне до 15%, но при условии предотвращения поверхностного стока. Исключается использование осадка на почвах и глинистых уплотненных почвах с очень низкой или чрезмерно большой водонепроницаемостью, а также на оголенных и плохо дренированных почвах, где возможно периодическое избыточное увлажнение верхнего 50-см слоя, поскольку рН почвы оказывает существенное влияние на степень подвижности в ней тяжелых металлов, увеличивая или уменьшая их абсорбцию растениями. На кислых почвах с рН менее 5,5 вообще не следует применять осадок сточных вод. Почвы с рН 5,5-6,5 должны предварительно известковаться до величины рН, превышающей 6,5.

По мнению Water S. (1991) применение возрастающего количества ОСВ в Южной Африке на почвах сельскохозяйственного назначения - один из путей экономически выгодной его утилизации. ОСВ содержит основные элементы питания растений, в особенности N и Р, микроэлементы (Zn, Cu, Mo, Mn), улучшает физические свойства почвы, структуру, водоудерживающую способность, влагоперенос. В ОСВ различных регионов Южной Африки содержание N варьируется от 15,7 до 58,4 г/кг. Известные преимущества ОСВ могут проявляться в недостаточной степени в связи с потенциальной опасностью его для здоровья человека и животных. В ОСВ могут содержаться такие тяжелые металлы (Cr, Cd, Hg, Cu, Pb, Co, Zn, Mo), патогенные организмы (бактерии, простейшие, гельминты, вирусы), избыточное количество нитратов, токсические вещества, пестициды, полихлорированные бифенилы, алифатические соединения, эфиры, моно- и полициклические ароматические вещества, фенолы, нитрозамины. Вредное воздействие ОСВ на окружающую среду можно снизить посредством поддержания рН почвы > 6,5 (путем известкования), использования рациональной технологии внесения, осуществления контроля качественных показателей почвы, воды и растений.

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 норм 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.