Оценка возможности использования осадка сточных вод в качестве рекультиванта

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Оценка возможности использования осадка сточных вод в качестве рекультиванта

Матвеева А.А.

Букин А.В.

Аннотация

Статья посвящена исследованию осадка сточных вод разного срока хранения, размещенного на иловых картах очистных сооружений канализации города Тюмени, для целей использования его в качестве рекультиванта в процессе биологической рекультивации нарушенных земель. Исследование свойств осадка проводилось согласно требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07.-2001«Охрана природы. Почвы. Требования к осадкам сточных вод при использовании их в качестве удобрений». В ходе работы определены агрохимические показатели осадков, содержание валовых форм тяжелых металлов, санитарно-паразитологические показатели. По результатам проведенного анализа сформулированы выводы о возможности использования осадка сточных вод в качестве рекультиванта.

Ключевые слова: очистные сооружения канализации, осадок сточных вод, агрохимические показатели, тяжелые металлы, паразитологическое исследование, рекультивация земель

Введение

Среди проблем, связанных с предотвращением антропогенного загрязнения окружающей среды, одной из наиболее острых является утилизация осадков от биологической очистки городских сточных вод (ОСВ) [1, 2]. ОСВ представляют собой отдельный вид отходов, их образование в условиях крупных городов составляет порядка одной трети от общего количества отходов производства и потребления [3].

Удаление осадков с территории очистных сооружений в целях экологически безопасного использования или размещения является обязательным условием эффективной работы сооружений [4].

Поиск путей утилизации осадков сточных вод путем эффективного использования, например, в качестве рекультиванта, является важным вопросом и обусловливает актуальность данного исследования [5].

Цель исследования - анализ возможности использования осадков сточных вод канализационных сооружений города Тюмени при рекультивации нарушенных земель.

Объектом исследования выступают осадки сточных вод, образуемые на очистных сооружениях канализации города Тюмени, с различным сроком хранения.

Результаты

Система хозяйственно-бытового водоотведения городского округа город Тюмень эксплуатируется с 1965 года. По состоянию на 01.01.2018 г. в систему водоотведения входят:

- 1 станция очистки сточных вод;

- 67 канализационных насосных станций;

- 696,55 км канализационных сетей.

Сточные воды формируются, в основном, хозяйственно-бытовыми стоками. Объем промышленных стоков составляет около 25% от общего объема водоотведения.

Очистные сооружения канализации расположены на правом берегу р. Тура в районе деревни Быково, вниз по течению реки от города (рис. 1). Площадь территории - 50 га.

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Рис. 1. Местоположение действующих ГОСК города Тюмени

Первая очередь производительностью 130 тыс. м³/сут. введена в эксплуатацию в 1973 г. Вторая очередь производительностью 90 тыс. м³/сут. введена в эксплуатацию в 2004 г. Общая проектная производительность - 220 тыс. м³/сут. Режим работы ГОСК - круглосуточный, круглогодичный.

Согласно данным действующего технологического регламента обработки осадков сточных вод ГОСК, в процессе очистки сточных вод на очистных сооружениях канализации образуются следующие виды осадка:

- песок из песколовок,

- сырой осадок первичных отстойников,

- избыточный активный ил после вторичных отстойников.

За 2017 год было обработано 47 м³, или 15 135 тонн по сухому веществу.

Технология обработки осадка включает несколько стадий:

1) процеживание на решетках с удалением наиболее крупных фракций;

2) обезвоживание осадка на декантерах, откачка фугата;

3) транспортировка кека влажностью 65-70 % к месту выгрузки транспортером, вывоз на иловые карты.

Вопрос утилизации осадка на ГОСК города Тюмени на сегодня не решен [6].

Проводимое исследование направлено на оценку возможности использования осадков сточных вод очистных сооружений канализации в качестве удобрений. Основные требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений представлены в ГОСТ Р 17.4.3.07.-2001.

Забор проб проводился из иловых карт, расположенных на территории очистных сооружений, разного срока хранения осадков.

В качестве контрольного образца в исследовании приняты серые лесные почвы как наиболее распространенные на рассматриваемой территории.

Аналитические работы по определению агрохимических показателей осадков, содержанию тяжелых металлов выполнялись в аккредитованной лаборатории агрохимии и физических свойств почв Агробиотехнологического центра ГАУ Северного Зауралья.

Валовые формы микроэлементов определялись на пламенном атомно-абсорбционном спектрометре «ConterAA 300».

Паразитологические исследования проводились согласно методическим указаниям «Методы санитарно-паразитологических исследований» методами по Романенко И.Л. и Падченко К.И. Оценку жизнеспособности обнаруженных яиц, личинок и ооцист возбудителей паразитарных болезней оценивали по подвижности и сохранности оболочек [7].

Использование осадка сточных вод для биологической рекультивации допускается после установления класса опасности в соответствии с действующими нормативными документами и принятия мер по их обезвреживанию [8].

Таблица 1

Исследуемые показатели и методы их определения

Осадки, применяемые в качестве органических или комплексных органоминеральных удобрений, согласно ГОСТу, должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 2.

Из требований ГОСТа к агрохимическим показателям осадка видно, что массовая доля органических веществ в осадке очистных сооружений канализации г. Тюмени более чем в 2 раза выше нормативного значения. Результаты лабораторного опыта показывают, что осадки сточных вод смогут быть хорошим источником питательных веществ для растений при экологически безопасном состоянии среды.

Таблица 2

Требования к агрохимическим показателям осадков очистки вод (согласно ГОСТ 17.4.3.07-2001)

*осадки, имеющие значение реакции среды (рН_сол вытяжки) более 8,5, могут использоваться на кислых почвах в качестве органоизвестковых удобрений;

** согласно ГОСТ Р 54651-2011.

Содержание валовых форм питательных веществ в осадках сточных вод ГОСК различно в зависимости от показателя. Например, содержание азота в среднем в 5,4 раза превышает нормативное значение, так же, как и содержание калия (в среднем в 4 раза). А массовая доля фосфора, наоборот, в 2,5 раза ниже нормы. Устранить это возможно за счет внесения фосфорных минеральных удобрений, таких как суперфосфат, фосфоритная мука. Расчет дозы минеральных удобрений следует проводить по результатам агрохимических анализов.

Реакция среды оказывает сложное действие на условия питания растений, подвижность микроэлементов, активность микрофлоры, физико-химические свойства. Кислотность почвы, определяемая в солевой вытяжке, называемая обменной, обусловлена ионами водорода и алюминия. Результаты определения рН солевой вытяжки служат для характеристики степени кислотности почвы. Кислотность осадка сточных вод нейтральная и изменяется от 6,5-6,8 ед. рН. Это указывает на то, что нет необходимости в дополнительном внесении каких-либо мелиорантов для изменения кислотности осадков и доведения ее до нормативных показателей.

Таким образом, из всех предусмотренных ГОСТом требований к осадкам сточных вод по агрохимическим показателям только по одному критерию имеются отклонения от нормы (массовая доля общего фосфора).

Помимо оценки агрохимических показателей осадков, ГОСТом предусмотрены также санитарно-паразитологические и бактериологические нормы (табл. 3).

Таблица 3

Санитарно-бактериологические и санитарно-паразитологические показатели осадков

При паразитологическом анализе осадков сточных вод разного срока хранения установлено наличие в образцах клещей орибатидных и нежизнеспособных личинок нематод (табл. 4).

сточный очистной осадок агрохимический рекультивант

Таблица 4

Результаты паразитологического исследования ОСВ

Орибатидные (панцирные) клещи являются одной из численно доминирующих групп членистоногих, обитающих в почвах. Они играют важную роль в почвенных пищевых цепях, регулируя разложение органических веществ и микроорганизмов, обитающих в грунте. Среди панцирных клещей множество видов, одни предпочитают колонизироваться в слабокислых грунтах, другие в щелочных. В среднем плотность населения панцирных клещей различных видов достигает нескольких сотен тысяч особей на квадратный метр, то есть вредного воздействия на растения они не оказывают.

Личинки нематод являются более опасным видом паразитов, но в результате исследования выявлено, что обнаруженные личинки являются нежизнеспособными, соответственно, не могут выступать в качестве ограничивающего фактора при использовании осадка сточных вод как удобрения. Яйца гельминтов не обнаружены.

Таким образом, результаты паразитологического обследования осадков сточных вод доказывают их соответствие требованиям, прописанным в ГОСТ 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к осадкам сточных вод при использовании их в качестве удобрений».

По концентрации тяжелых металлов осадки сточных вод подразделяют на две группы (табл. 5).

Таблица 5

Допустимое валовое содержание тяжелых металлов в осадках

К использованию для биологической рекультивации допускаются осадки, содержание тяжелых металлов в которых соответствует требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Осадки с более высокой концентрацией тяжелых металлов, но при этом соответствующие классам опасности для окружающей среды IV-V, допускаются для использования при технической рекультивации. В осадках для биологической рекультивации нормируются удобрительные макроэлементы [9].

Из таблицы 5 видно, что содержание валовых форм тяжелых металлов, содержащихся в осадке сточных вод ГОСК г. Тюмени, относится к первой группе обеспеченности. Исключение составляет содержание никеля, незначительно превышающее норматив: на 4,37 мг/кг.

Важно отметить, что валовое содержание тяжелых металлов в ОСВ в сравнении с ОДК для почв превышает кадмий, никель, цинк по всем четырем срокам хранения, не отмечается превышение ОДК по меди и свинцу.

Осадки групп I и II используются в промышленном цветоводстве, зеленом строительстве, лесных и декоративных питомниках, для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов ТБО [10].

Осадки, в которых нормируемые таблицей 5 показатели превышают допустимые для группы II значения, но при этом по химическому составу соответствуют 4-му классу опасности, могут использоваться для восстановления продуктивности нарушенных земель с целью лесохозяйственного и рекреационного направления их рекультивации или подлежат размещению на специально обустроенных полигонах или полигонах ТБО.

При содержании в почве любого из нормируемых загрязнителей в концентрации свыше 0,8 ПДК внесение осадков в качестве удобрения запрещено.

Таким образом, использование осадка сточных вод в качестве рекультивационной смеси является возможным, исходя из результатов агрохимических и токсикологических анализов, но при этом необходима предварительная оценка рекультивационных участков почв и самого осадка.

Порядок применения осадков в качестве компонента растительного грунта определяет технологический регламент, который разрабатывают специализированные организации с учетом региональных и местных условий, в том числе свойств и гидрологического режима почв, содержания в осадках и почве нормируемых загрязнений, общего и минерального азота, фосфора, калия и особенностей возделывания.

Применение осадков не должно приводить к ухудшению экологических и санитарно-гигиенических показателей окружающей среды, почвы выращиваемых растений [11].

В результате проведенного исследования, на основании полученных данных установлено, что согласно требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений» осадки сточных вод тюменских очистных сооружений канализации можно использовать в качестве удобрения, в том числе и в процессе биологической рекультивации нарушенных земель для повышения показателей плодородия почвы.

Осадки сточных вод - сложная многокомпонентная система, состоящая из органической и минеральной частей. В осадках городских сточных вод содержится большое количество микроорганизмов, в том числе патогенных, токсичных соединений, особенно ионов тяжелых металлов, в концентрациях, значительно превышающих ПДК металлов в почве. Объем влажных осадков, образующихся на канализационных очистных сооружениях, составляет от 0,5 до 1,0% от объема сточной воды, в зависимости от технологической схемы очистки. Качество осадков сточных вод, в основном, зависит от нормы водоотведения, развития и характера промышленности, эффективности работы локальных очистных сооружений предприятий, от состава городских очистных сооружений. Количество осадков постоянно растет, и на сегодняшний день они являются основным загрязнителем окружающей среды [12].

Выводы

По результатам проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. По агрохимическим показателям ОСВ можно классифицировать как потенциально высокоплодородные. Содержание органического вещества варьирует от 42% до 58%, массовая доля азота находится в интервале от 2,4 до 4,2%, реакция среды - нейтральная (6,5-6,8).

2. По санитарно-паразитологическим показателям ОСВ различного срока хранения соответствуют нормативам.

3. Содержание валовых форм тяжелых металлов варьирует в довольно значительных пределах. Среднее содержание составляет: свинца - 10,8 мг/кг; кадмия - 2,7 мг/кг; никеля - 157,6 мг/кг; хрома - 159,1 мг/кг; цинка - 398,7 мг/кг; меди - 97,7 мг/кг; марганца - 704,4 мг/кг; кобальта - 10,5 мг/кг.

Использование ОСВ в качестве рекультивационной смеси является возможным, исходя из результатов агрохимических и токсикологических анализов, но при этом необходима предварительная оценка рекультивационных участков почв и самого осадка.

Список использованных источников

1. Берлякова О.Г., Ермак Н.Б., Линдина Л.И. Использование осадков сточных вод (ОСВ) в рекультивации нарушенных земель // Вестник Кемеровского государственного университета. - Кемерово: ФГОУ ВО КемГУ. - 2010. - С. 33-37.

2. Благоразумова А.М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод: учебное пособие. - Санкт-Петербург.: Лань. - 2014. - 208 с.

3. Свергузова С.В., Севостьянов В.С., Шайхиев И.Г., Сапронова Ж.А., Спирин М.Н. Использование осадков от очистки сточных вод и рекультивации иловых карт - актуальная задача рационального природопользования // Вестник Казанского технологического университета. - Казань: КНИТУ. - 2013. - С. 199-202.

4. Беляева С.Д. Короткова Е.В., Петров М.И. Регулирование обращения с осадками сточных вод // Экология производства. - Москва. - 2016, №3. - С. 80-87.

5. Аргунов Н.Д., Ватуева О.Б., Веселов В.М., Саломатина Н.А., Пильгун В.А. Некоторые свойства и особенности осадков сточных вод // Агрохимический вестник. - 2013, №4. - С. 39-41.

6. Сидорова К.А., Пашаян С.А., Калашникова М.В., Матвеева А.А. Биоиндикация зоны очистных сооружений и некоторые приемы детоксикации осадков сточных вод // Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства: труды IV международной научной экологической конференции. - Краснодар: КубГАУ им. И.Т. Трубилина. - 2015. - С. 274-277.

7. Матвеева А.А., Гилева Е.М., Сибен А.Н. Оценка паразитологического загрязнения канализационных сточных вод г. Тюмени // Современные проблемы науки и образования. - Пенза: Издательский дом «Академия естествознания». - 2013, №6. - 7 с.

8. СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения». - Москва: Информационно-издательский центр Минздрава России. - 1997. - 54 с.

9. Кизер А.З. Содержание тяжелых металлов в осадках сточных вод в зависимости от срока хранения // Экология России: на пути к инновациям. - Астрахань: Издательство «Нижневолжский экоцентр». - 2016, №13. - С. 121-124.

10. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений». - Москва: Стандартинформ. - 2008. - 7 с.

11. Валеев В.Х., Сомова Ю.В., Сомов В.А. Исследование возможности использования осадков сточных вод очистных сооружений в качестве удобрения // Известия ВУЗов. Прикладная химия и биотехнология. - 2015, №3 (14). - С. 69-73.

12. Хисамеева Л.Р., Селюгин А.С., Абитов Р.Н., Бусарев А.В., Урмитова Н.С. Обработка осадков городских сточных вод: учебное пособие. - Казань: Казанский государственный архитектурно-строительный университет. - 2016. - 105 с.

Размещено на allbest.ru