Эко-бюллетень ИнЭкААрхив№ 5 (130) > УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ

Утилизация ОСВ: из опасных отходов – в удобрения

А.С. Водолеев,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. кафедрой ботаники КузГПА (г. Новокузнецк),
И.А. Зубко,
зав. агробиостанцией КузГПА (г. Новокузнецк)

Рост городского населения, развитие промышленности сопровождаются увеличением объемов сточных вод и осадков сточных вод (ОСВ). Многообразие химического состава осадков, содержание в них токсичных веществ, в частности тяжелых металлов (ТМ), яиц гельминтов и патогенной микрофлоры, делает их использование для удобрения почвы небезопасным в эколого-гигиеническом отношении на первоначальном этапе использования.

Тем не менее использование осадков на удобрение и в нашей стране следует отнести к перспективным и наиболее безопасным способам их утилизации. Так как по содержанию ТМ часть ОСВ удовлетворяет агроэкологическим требованиям, в том числе и международным. Даже в таких промышленных центрах, как Москва и Санкт-Петербург, некоторые партии ОСВ содержат ТМ в количествах ниже предельно допустимых концентраций (ПДК).

За рубежом проблема токсичных и канцерогенных компонентов ОСВ, при их почвенном размещении, решается определением годовой нагрузки с учетом фона и накопления в почве, в совокупности с тщательным выбором участка и подбором видов растений. Кроме того, практикуется предварительное обезвреживание осадков.

В Великобритании более 40 % образующихся осадков сточных вод используется на сельскохозяйственные нужды (Davis, 1989). При этом одной из основных проблем, возникающих при почвенном размещении ОСВ, является содержание загрязняющих веществ, среди которых можно выделить:

  1. Тяжелые металлы;
  2. Патогенные микроорганизмы.

Принятие решения о почвенном размещении ОСВ базируется на результатах тщательного изучения их состава и свойств (Чеботарев, Колесниченко, 1988). При утилизации ОСВ в сельском хозяйстве принято учитывать также содержание твердых частиц, общего и аммонийного азота, фосфора, калия, кальция (Касатиков и др., 1992) и органических загрязнителей (Благовещенская и др., 1989;). По мнению американских специалистов, на удобрение может быть использован только тот осадок, в котором содержание твердых частиц не превышает 30 %, а концентрация пестицидов, ароматических углеводородов и ТМ не выходит за пределы ПДК, определяемой во вносимой почве (Webber et all., 1993). Исходя из вероятной фитотоксичности тяжелыми металлами в США (штат Калифорния) разработаны нормы внесения ОСВ при выращивании сельскохозяйственных культур.

Многолетние сельскохозяйственные полевые опыты в Японии на песчано-суглинистых и песчаных почвах способствовали улучшению физико-химических свойств почв и слабому накоплению в них меди и цинка (Aoki, Ichii, 1990). Наиболее жесткие требования при использовании ОСВ в сельском хозяйстве разработаны в Норвегии: содержание в них Cd не должно превышать 2,5 мг/кг ОСВ (по сухому веществу), Pb – 80 мг/кг, Hg – 3 мг/кг, Zn – 800 мг/кг. Для целей озеленения (рекультивации) – менее жесткие требования, мг/кг: Cd – 5; Pb – 200; Hg – 5; Zn – 1500.

В таблице 1 представлены данные о нормах предельно допустимого содержания металлов в ОСВ, используемого в качестве удобрения в сельском хозяйстве в разных странах. Там же приведены усредненные результаты исследования химического состава ОСВ г. Новокузнецка в период с 1996 по 1999 годы, полученные в НПП «Экоуголь».

Таблица 1 Нормы предельно допустимого содержания тяжелых металлов в осадках сточных вод (мг/кг сухого вещества), используемом в качестве удобрения в разных странах, и фактическое их содержание в ОСВ г. Новокузнецка
Наименование
элемента
Австрия Бельгия Дания Канада Нидерланды Франция ФРГ Швеция Требования РФ
СанПиН (2.1.7.573-96)
ОСВ
г. Новокузнецка
Мышьяк 100 10 - 75 10 - - - 20 19
Кадмий 10 10 8 20 10 15 30 15 30 2
Кобальт 100 20 6-120 150 - 20 - 50 - 13
Хром 500 500 40-120 - 500 200 1200 1000 1200 136
Медь 500 500 600 - 600 1500 1200 3000 1500 191
Ртуть 10 10 6 5 10 8 25 8 15 7
Марганец - 500 - - - 500 - - 2000 1669
Молибден - - - 20 - - - - - -
Никель 200 100 20–40 180 100 - 200 500 400 53
Свинец 500 300 485 500 500 300 1200 300 1000 69
Селен - 25 - 14 - - - - - -
Цинк 2000 2000 3000 1850 2000 3000 3000 1•104 4000 837

Сопоставление показывает, что ОСВ г. Новокузнецка в соответствии с требованиями к содержанию тяжелых металлов пригодно не только для целей озеленения, но и для сельского хозяйства. Таким образом, на первое место выходит фоновое содержание металлов на территории планируемого размещения ОСВ.

В Люксембурге в сельском хозяйстве применяют 90 % годового выхода ОСВ, в Швейцарии – 70 %, Германии – 30 %. В России на эти цели используется всего 4 – 6 % (Русаков и др., 1994).

Учитывая международный опыт, можно считать реальным использование не менее одной трети образующихся ОСВ, т. е. до 1 млн т в пересчете на сухое вещество.

Опыт использования осадков в сельском хозяйстве свидетельствует о том, что осадки сточных вод являются органическим азотно-фосфорным удобрением, содержащим также ряд необходимых для развития растений микроэлементов. В России почвы с низкой обеспеченностью микроэлементами составляют 40 % площади пахотных земель, а промышленное производство ограничено и в современных экономических условиях они недоступны для большинства сельхозпроизводителей. По расчетам Д. М. Хомякова внесение 1-4 т/га сухого вещества ОСВ с содержанием Mg, Mn, Zn, Co, Mo на уровне ПДК может обеспечить бездефицитный баланс микроэлементов в севообороте на 8-10 лет (Хомяков, 1991). По химическому составу ОСВ приближаются к навозу, а именно, в перерасчете на сухое вещество содержат одинаковое с навозом количество углерода и общего азота, больше – фосфора, меньше – калия.

Кроме того, в процессе хранения в них происходит образование гуминовых веществ, способствующих накоплению в листьях растений хлорофилла и более интенсивному росту корней.

Все вышеперечисленные агроэкологические свойства ОСВ позволили начать серию полевых опытов по их использованию для выращивания картофеля сорта «Невский» на территории агробиостанции Кузбасской педагогической академии с 1997 года. Анализ действующих в зарубежных странах норм на предельно допустимое содержание тяжелых металлов в осадках сточных вод и допустимой нагрузки их на почву свидетельствует об отсутствии единого мнения относительно того, поступление каких металлов следует ограничивать и каковы размеры этого ограничения. Считается, что более достоверную информацию в этом отношении можно получить при их определении не в осадке, а в почве. Поскольку в опыте были применены осадки сточных вод, в которых в той или иной степени, присутствуют тяжелые металлы, ключевым и наиболее значимым для нашей работы стало лабораторное исследование картофеля и почвы опытного участка на их содержание (Рис. 1). Для адекватной агроэкологической оценки, был использован стандартный высокочувствительный атомно-абсорбционный метод и сопоставления фактического содержания тяжелых металлов с установленными Минздравом РФ предельно допустимыми токсикологическими концентрациями для почвы и сельскохозяйственной продукции. Исследование проводилось в лаборатории рекультивации Института почвоведения и агрохимии РАН (г. Новосибирск).

По степени токсического действия на окружающую среду изучаемые тяжелые металлы относятся к трем классам опасности: I – Cd, Pb, Zn; II – Ni, Mo, Cu, Cr; III – Mn (ГОСТ 17.4.1.02 – 83). Анализ полученных результатов свидетельствует, что содержание в почвах всех исследуемых тяжелых металлов в опытах по выращиванию картофеля с ОСВ, не превышает ПДК.

Но содержание цинка, в варианте с ОСВ, выше контрольных показателей на 4,3 мг/кг (контроль – 74,3 мг/кг; ОСВ – 78,7 мг/кг). Содержание цинка в наших опытах почти в 2 раза выше, по сравнению с почвами сельскохозяйственных угодий России (34,4 мг/кг), как в контроле, так и в опыте, что требует дальнейших исследований и выявления причины повышенного содержания цинка в серых лесных почвах Кузбасса.

Содержание меди увеличено на 1,89 мг/кг в варианте с ОСВ по сравнению с контролем, и уменьшено в варианте с ОСВ + известь на 1,63 мг/кг по сравнению с вариантом ОСВ (контроль – 21,71 мг/кг; ОСВ – 23,6 мг/кг; ОСВ + известь – 21,97 мг/кг). Это объясняется тем, что повышению подвижности меди способствует внесение органических удобрений, в нашем случае – в варианте с ОСВ, а известь снижает подвижность меди. Среднее фоновое содержание меди в почвах колеблется в пределах 6 – 100 мг/кг. Нормой для почв считается содержание валовой меди 15 – 60 мг/кг. Значительное количество почвенной меди находится в необменном и труднодоступном состоянии, поэтому даже небольшое повышение подвижной меди в почве говорит о положительном влиянии осадков сточных вод.

По заключению Европейского регионального отделения ВОЗ, рассмотревшего вопросы, связанные с применением ОСВ в сельском хозяйстве, кадмий является наиболее опасным в экологическом отношении элементом. Существующие системы контроля за поступлением токсичных элементов (Ильин, Степанова, 1980) в отношении кадмия действуют недостаточно эффективно. Кадмий относится к рассеянным элементам и многие авторы указывают на слабое сродство Cd как к минеральным, так и органическим почвенным компонентам, то есть, о слабой связи ионов элемента с почвой (Halen, Closs, 1990), и поэтому он обладает высокой подвижностью.

Фоновое содержание Cd в почве определяется ее типом. Содержание валового кадмия в серых лесных почвах – 0,65 мг/кг. Содержание этого элемента в гумусовых горизонтах основных типов почв Западной Сибири составляет от 0, 074 – 1,8 мг/кг ( Ильин, Сысо, 2001).

Культуры по степени накопления кадмия можно расположить в следующий ряд по убывающей: свекла > латук > морковь > редис > томаты > картофель > пшеница > овес > бобы > кукуруза. Используя подбор культур, которые будут выращиваться на почвах, удобряемых ОСВ, можно в 60 раз изменить количество кадмия, которое поступит в пищевой рацион (Hooda, Alloway, 1994). Допустимый уровень поступления кадмия в организм человека (100 мкг/сут) обеспечивается, если с ОСВ вносится не более 1,7 кг/га кадмия в почву с кислым значением рН и не более 5 кг/га с нейтральной реакцией. При возделывании только зерновых культур внесение кадмия можно увеличить до 17 кг/га без опасности для здоровья людей (Ryan, 1982).

В наших исследованиях опытные показатели по содержанию кадмия ниже контрольных (контроль – 0,216 мг/кг; ОСВ – 0,196 мг/кг; ОСВ + известь – 0,177 мг/кг). Это, вероятно, связано с высоким содержанием органического вещества, поступающее с осадком сточных вод, и внесением извести.

Выращивание такой важной сельскохозяйственной культуры, как картофель, в течение десяти лет убедительно показало перспективность применения обезвреженных ОСВ в качестве органического удобрения. С их использованием улучшились товарные и питательные качества (содержание аскорбиновой кислоты и крахмала), лежкость клубней при хранении.

Таким образом, наряду с рекультивационными возможностями использования ОСВ на техногенно нарушенных землях (Экологически безопасное размещение.., 2001), эти мелио-ранты с не меньшим успехом могут найти применение в сельскохозяйственной практике. При этом решаются одновременно две экологические проблемы в масштабах Кузбасского региона:

  • снижается экотоксичность отходов промышленного производства металлургических, энергетических и угольных отраслей;
  • утилизируются твердые отходы очистных сооружений г. Новокузнецка экологически безопасным способом.

Для коммунальных служб городов долгосрочная перспектива утилизации ОСВ дает значительный экономический и экологический эффект.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Балаганская Е.Д., Мозгова Н.П. Поиск мелиорантов для восстановления загря-зненных почв // Тез. молод. конф. ботаников стран СНГ «Актуал. пробл. ботан.» / РАН. Кол. науч. центр. Поляр. – альп. ботан. сад – ин-т. – Апатиты, 1993. – С. 98-99.
  2. Благовещенская З.К., Грачева Н.К., Могиндович Л.С., Тришина Т.А. Утилизация осадка городских сточных вод // Химиз. с.-х.. – 1989. – № 10. – С. 73-76.
  3. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Распределение свинца и кадмия в растениях пшеницы, выращенной на почвах, загрязненных этими элементами // Агрохимия, 1980, № 5. – С. 114-119.
  4. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. – Новосибирск: изд-во СО РАН, 2001. – 229 с.
  5. Касатиков В.А., Рунин В.Е., Касатикова С.М., Шабардина Н.П. Влияние осадков городских сточных вод на микроэлементный состав дерново-подзолистой супесчаной почвы // Агрохимия. – 1992. – №4. – С. 85-95.
  6. Напрасникова Е.В. Биохимические и микробиологические показатели экологических функций почв // Почвы и повышение их производительной способности / Краснояр. НИИ с.х.. – Новосибирск, 1993. – С. 57-60.
  7. Русаков Н.В.. Великанов Н.Л., Тонкошей Н.И., Кратов И.А., Кураев В.Н., Лементарева Н.Ф., Воронина Л.А. Эколого-гигиенические основы применения осадков сточных вод в качестве удобрения в лесном хозяйстве (на примере г. Куровское) // Интенсиф. выращивания лесопосадоч. матер., 1996. – С. 115-116.
  8. Чеботарев Н.Г., Колесниченко А.В. Опыт использования осадков сточных вод на удобрения в условиях Московской области // Влияние химиз. земледелия на содержание тяжелых металлов в почвах с.-х. угодий и продукции растениеводства. – М., 1988. – С. 110-115.
  9. Хомяков Д.М. Некоторые проблемы использования ОСВ на удобрения // Земледелие, 1991. – №8. – С. 62-65.
  10. Экологически безопасное размещение и эффективное использование осадков сточных вод на техногенных ландшафтах Кузбасса: отчет о НИР: К11-22 / Кузбасская государственная педагогическая академия; рук. Водолеев А.С.; исполн.: Степнов А.А., Кудашкина С.А. и др. – Новокузнецк, 2001. – 80 с.
  11. Aoki M., Ichii H. Sevage sludge use in agriculture and evaluation of composting facilites // Trans.14 th Int. Congr. Soil Sci., Kyoto, Aug., 1990, vol. 4. Commis. 4. – Kyoto, 1990. – S. 210-215.
  12. Davis R.D. Agricultural utilization of sewage sludge: Areview // J. Inst. Water and Environ. Manag. – 1989. – 3, N 4. – P. 351-355.
  13. Halen H, Closs P. Retations adsorption du cuivre, du zinc et du cadmium // Communic. In soil sc. Plant analysis. – 1990. – Vol. 21. – №17/18.
  14. Hooda P.S., Alloway B.J. Sorption of Cd and Pb by selected temperate and semi-arid soils: effects of sludge application and ageing of sludged soils // Water, Air., and Soill Pollut. – 1994. – 74, N 3 – 4. – P. 235 – 250.
  15. Ryan J.A. Controlling cadmium in human food chain // A review and rational basedon health effects / Environm research, 1982, v. 28. – P. 251 – 302.
  16. Webber M.D., Wang C., Topp G.C. Organic contaminants in Canadian agricultural soil // Can. J. Soil Sci. – 1993. – 73, N 4. – P. 656.
 
ПОИСК ПО САЙТУ
© 2001-2017 ООО «ИнЭкА-консалтинг»
Контакты ИнЭкА:
+7 3843 720575
720579
720580
ineca@ineca.ru
создание сайтов