Современные возможности утилизации и использования осадков сточных вод для восстановления плодородия земель сельскохозяйственного назначения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современные возможности утилизации и использования осадков сточных вод для восстановления плодородия земель сельскохозяйственного назначения

Вся производственная деятельность человека связана с образованием различного рода отходов, которые тем или иным способом поступают в окружающую среду. С развитием промышленности, ростом городов и повышением степени их благоустройства возрастает объем сточных вод. На территории очистных сооружений накапливается осадок сточных вод (ОСВ) - многокомпонентная смесь веществ, в основном, органоминерального происхождения. Сброс в водоемы сточных вод без предварительной очистки от взвешенных иловых частиц, обеззараживания от патогенной микрофлоры и избытка содержания химических ингредиентов в России запрещен законодательством.

На очистных сооружениях канализации значительной части российских коммунальных предприятий, к сожалению, в настоящее время удаление, обработка, обеззараживание и утилизация осадков надлежащим образом не решена. Опасность представляют жидкие стоки, которые перекачиваются на иловые площадки. Происходит интенсивное заполнение жидким осадком имеющихся карт. В результате испарения происходит загрязнение атмосферного воздуха, а фильтрация в почву приводит к загрязнению грунтовых вод и близлежащих водоёмов. Патогенная микрофлора и гельминты представляют существенную опасность для окружающей среды и могут оказаться источником опасных заболеваний. На территории России выделяется значительное количество регионов, где существует реальная угроза ухудшения экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки, возникновения чрезвычайных ситуаций из-за нарушений работы систем городских очистных сооружений (на станциях аэрации, в прудах-накопителях и т.д.). В неблагоприятной экономической ситуации стала очевидна невозможность решения всех перечисленных вопросов за счет региональных и местных бюджетов. Экспертные оценки показали, что данные мероприятия весьма капиталоемкие. Существуют расчеты, обосновывающие необходимость выделения в ближайшие годы финансовых ресурсов на осуществление научно-исследовательских, проектно-технологических, инженерно-технических мероприятий, строительство новых и реконструкцию имеющихся объектов этой сферы ЖКХ в объемах порядка 100 млрд. руб. Это сопоставимо с 1% расходной части федерального бюджета.

Решая технологические вопросы, связанные с очисткой сточных вод, муниципальные предприятия водопроводно-канализационного хозяйства сталкиваются с проблемой утилизации осадков. По нашей оценке, ежегодные объемы производства только ОСВ в России достигают 3,4 млн. т по сухому веществу (табл. 1). Объемы накопления твердых бытовых отходов (ТБО) превышают 70 млн. т. При содержании в ТБО порядка 60% органической части из бытовых отходов можно в итоге производить до 40 млн. т компоста. Проблема - с наличием технологии и практики разделения и переработки ТБО в стране. Ограничение по использованию земельных ресурсов и серьезные санитарно-экологические последствия утилизации отходов методом захоронения на полигонах (свалках), в конечном итоге, потребует решения и этих вопросов на государственном уровне.

осадок удобрение сточный вода

Таблица 1. Оценка ресурсов осадков городских сточных вод (ОСВ) на 2009 г, тыс. т сухого вещества

Физические свойства осадков определяются технологией их производства и сроком хранения на территории очистных сооружений или площадке хранения. ОСВ, прошедшие стадию механического обезвоживания, представляют собой навозоподобную массу комковатой структуры. Степень оструктуренности осадков уменьшается по мере увеличения их влажности. Объемный вес таких осадков около 650-800 кг/м³. Осадок, обеззараженный известью и прошедший стадию механического обезвоживания на фильт-прессах, состоит из частиц извести и осадка с размером частиц 5-10 мм при объемной массе 700-800 кг/ м³.

В связи с выводом ряда промышленных предприятий из городов, а также реализацией программ комплексного улучшения окружающей среды населенных пунктов, разделением промышленных и коммунальных стоков существенно изменился их химический состав: снизилось содержание соединений химических элементов, относящихся к потенциальным загрязнителям экосистем. Сейчас за рубежом, в зависимости от региональных геоэкологических особенностей стран, в агропроизводстве (земледелии) используют от 10 до 90 % накапливающихся ОСВ, а в среднем (в Западной Европе) - 30-40 %. В мире прослеживается устойчивая тенденция к ежегодному росту этого показателя в общих объемах утилизации. По прогнозам, в США к 2010 году он составит не менее 60%.

Химический состав ОСВ зависит от вида сточных вод, методов очистки, сезона накопления и т.д. Состав осадка изменяется в процессе его обработки. В сыром, в среднем, обычно содержится порядка 3,2% общего и 0,07% подвижного азота (в расчете на сухую массу); соответственно, в сброженных осадках - 3,1 и 0,3 %; в подсушенных на иловых площадках - 2,3 и 0,5 %; в термически высушенных - 1,7 и 0,8 %. Процентное содержание отдельных химических элементов зависит от влажности. Увеличение влажности осадков даже в пределах 2-5% существенно повышает затраты при транспортировке, складировании и внесении в почву в качестве «нетрадиционного» органического удобрения.

ОСВ содержат значительное количество элементов минерального питания растений и по своему составу близки к навозу. В пересчете на сухое вещество они имеют примерно одинаковое количество органического углерода и общего азота, заметно больше фосфора и в десять раз меньше калия. ОСВ, как и навоз, содержат биофильные микроэлементы, необходимые для роста и развития растений: медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, а также токсичные элементы, потенциальные загрязнители экосистем: кадмий, свинец, ртуть и т.д. Отметим, что последние обязательно присутствуют и в навозе, поступая в организм животных в большем количестве с кормами, особенно в стойловый период. По эффективности многие виды ОСВ не уступают традиционным органическим и минеральным удобрениям.

Важным показателем для применения ОСВ служит pH (реакция среды) применяемого осадка. При внесении осадков сточных вод на почвах с рН < 5,5 они должны быть предварительно произвесткованы, что особенно важно при внесении осадков безреагентных с низким значением рН. При внесении реагентных осадков, которые прошли предварительную обработку известью, целесообразно рассчитать количество извести (СаСО₃₎, которое поступает в почву вместе с внесением осадков. Во всех агрохимических зонах страны такие осадки вносятся, прежде всего, под озимые культуры, а также технические, которые потребляют много кальция (кроме льна и картофеля).

Обработка осадков, выделяемых в процессах очистки сточных вод, проводится с целью получения конечного продукта, наносящего минимальный ущерб окружающей среде или пригодного для утилизации (использования) в других производствах. Эта цель достигается осуществлением трех основных процессов в различных технологических последовательностях: обезвоживанием, обеспечивающим минимальный объем осадков; стабилизацией, придающей осадкам способность не выделять вредные продукты разложения при длительном хранении; обеззараживанием, делающим осадок безопасным по санитарно-бактериологическим показателям. Конечным результатом технологических процессов является утилизация осадка. В случаях, когда она по каким-либо техническим, экологическим или экономическим причинам невозможна, ОСВ ликвидируются (сжигание, депонирование). Принципиальная схема процессов обработки осадков дана на рис. 1.

В зависимости от технологии переработки на очистных сооружениях осадки делятся на следующие типы: термофильно-сброженный, мезофильно-сброженный, аэробно-стабилизированный. Каждый тип осадков делится на два вида: реагентные и безреагентные. По введению флокулянтов реагентные осадки разделяются на реагентные - с введением неорганических и реагентные - с введением органических флокулянтов. Безреагентные осадки отличаются по способу хранения и утилизации (рис. 2).

Например, ежедневно на Московских станциях аэрации в результате очистки поступающих 5 млн. м³ сточных вод образуется около 1600 т осадка. Он представляет собой сброженную в термофильных (530 С) условиях и обезвоженную до 70% влажности органо-минеральную субстанцию, содержащую до 60% органического вещества. Азот и фосфор составляют, соответственно, от 3 до 6 % и от 1 до 3 % по сухому веществу. Знание химического состава осадков необходимо для определения наиболее рациональных способов их обработки, утилизации и использования.

В зависимости от технологических и экологических свойств ОСВ определяют условия их утилизации. При этом основными экологическими критериями являются их обеззараженность, а также отсутствие в них сверхнормативного содержания тяжелых металлов (ТМ). При использовании ОСВ в качестве органоминерального удобрения в агроландшафтах необходимо исходить из прогноза их ожидаемого влияния на химический состав почвы, который может определяться за период 10-15 лет.

.

Рис. 1. Схема процессов обработки осадков сточных вод

Рис. 2. Классификация осадков городских сточных вод

В условиях низкого содержания ТМ в ОСВ доза их внесения определяется, исходя из потребности культур в элементах минерального питания [1-10 и др.]. В ряде регионов существуют технологические (производственные) и экологические (природные) особенности, что нашло отражение в предлагаемых путях использования в агропроизводстве [5,7, 10, 11 и др.]. Эти вопросы достаточно подробно исследованы не только для осадков, но и непосредственно для самих сточных вод [9, 12, 13 и др.].

Использование ОСВ в «зеленом строительстве» городов является одним из перспективных направлений их утилизации. Организации, занимающиеся озеленением и благоустройством территорий, нуждаются в больших количествах плодородного грунта. В настоящее время для этих целей зачастую снимается плодородный слой целинных почв. Происходит нарушение земель и выведение их из сельскохозяйственного оборота. В дальнейшем они должны подвергаться рекультивации, что связано со значительными материальными затратами. Кроме того, весьма значительные финансовые ресурсы расходуются на транспортировку грунтов к месту непосредственного использования.

В России, по самым оптимистическим оценкам, в агрикультуре применяется в совокупности пока лишь около 5% осадков. С учетом сложившейся экономической ситуации, при резком дефиците минеральных и органических удобрений, надо признать неоправданными высказываемые рядом исследователей сомнения в целесообразности самого широкого использования ОСВ в земледелии, кормопроизводстве, ладшафтном («зеленом») строительстве, в качестве искусственных субстратов, для рекультивации нарушенных земель и отвалов.

Литература

осадок удобрение сточный вода

1. Гигиенические требования к безопасности агрохимикатов. СП 1.2.1170-02.- М.: Изд-во Деан, 2003. -16 с.

2. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений. - М.: Госстандарт России, 2001. - 20 с.

3. Методические рекомендации по изучению эффективности нетрадиционных органических и органоминеральных удобрений. - М.: Агроконсалт, 2000. - 40 с.

4. Развитие Московской канализации. / Под редакцией С.В. Храменкова, А.Н. Пахомова, Д.А. Даниловича. - М. Можайск-Терра, 2003. - 328 с.

5. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. -311 с.

6. Ресурсы органических удобрений в сельском хозяйстве России (информационно-аналитический справочник). - Владимир: ГНУ ВНИПТИОУ РАСХНЮ, 2006.- 200 с.

7. Стратегия использования осадков сточных вод и компостов на их основе в агрикультуре. / Под редакцией Н.З. Милащенко.- М.: Агроконсалт, 2002.- 140 с.

8 Типовой технологический регламент использования осадков сточных вод в качестве органического удобрения. - М.: Минсельхоз РФ, ГУП НИИССВ «Прогресс». - 20 с.

9. Требования к качеству сточных вод и их осадков, используемых для орошения и удобрения. - М. Минсельхозпрод РФ, 1995. - 47 с.

10. Убугунов Л.Л., Бадмаев А.Б., Дорошкевич С.Г. Повышение агрохимической эффективности осадков городских сточных вод. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2005. - 176 с.

11. Барановский И.Н., Гладких Д.П. Осадок сточных вод в земледелии Нечерноземной зоны. - Тверь: Изд-во «АГРОСФЕРА» ТГСХА, 2007.- 98 с.

12. Овцов Л.П. Экологически безопасные технологии сельскохозяйственного использования животноводческих стоков и сточных вод. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. - 615 с.

13. Оросительные системы с использованием сточных вод и животноводческих стоков. ВНТП. - М.: Минсельхрозпрод РФ, 1998. - 73 с.

Размещено на Allbest.ru