Гальченко С. В.; Чердакова А. ... сточных вод городских очистных сооружений ...

Гальченко С. В.; Чердакова А. С. Обоснование использования осадка
сточных вод городских очистных сооружений в качестве удобрения / С. В.
Гальченко, А. С. Чердакова // Экологический вестник России. – 2012. – № 3.
– С. 30-34.
Проблема утилизации осадков сточных вод (ОСВ) возникла с
образованием крупных городов и связана с их большими объемами,
необходимостью длительной сушки из-за высокого процента влажности всей
массы и обеспечением экологической безопасности. Уровень использования
ОСВ в странах СНГ пока невысок. Большая часть из них складируется на
иловых площадках и отвалах, теряя полезные компоненты, создавая
технологические проблемы в процессе очистки стоков, негативно
воздействуя на окружающую среду. При хранении, как правило, происходит
загрязнение поверхностных и подземных вод, почв, растительности.
Выделяемые ОСВ вредные газы могут превышать предельно допустимые
концентрации в несколько раз. В России осадки практически полностью
хранятся на территориях очистных сооружений, что превращает их в очаг
бактериологической и токсикологической опасности.
В последние 15-20 лет на большинстве очистных сооружений очистка
карт не осуществлялась, и в настоящее время они переполнены. Уровень
использования ОСВ в сельском хозяйстве стран также пока невысок (4-6%)
[1,6,10]. В связи с этим решение проблемы утилизации и использования
осадков сточных вод городских очистных сооружений является одной из
многочисленных экологических задач современности. Осадки сточных вод
городских очистных сооружений представляют собой суспензии, состоящие
из органических (около 80%) и минеральных (около 20%) компонентов,
образующиеся в результате механической, биологической и физикохимической очистки [3,10].
В Российской Федерации ежегодно образуется порядка 2 млн тонн
ОСВ по сухому весу (при исходной влажности 98% их масса составляет
порядка 100 млн тонн). Например, только в Московской области накоплено
более 120 млн тонн неутилизированных ОСВ и ежегодно эта цифра
увеличивается на 14-20 млн тонн [10]. При этом суммарная площадь иловых
полей превысила 700 га.
Данная проблема существует и в Рязанской области, особенно в ее
крупных городах, в частности, в областном центре – г. Рязани. За несколько
десятилетий эксплуатации ввиду довольно высокой производительности (на
данный момент около 300 ООО м3/сут.) на очистных сооружениях г. Рязани
накоплено большое количество ОСВ, которые в настоящее время не находят
применения и складируются. Это говорит о необходимости проведения
исследований по поиску безопасных, научно-обоснованных и экономически
выгодных путей утилизации и использования осадка сточных вод городских
очистных сооружений.
Целью нашего исследования являлась разработка механизма
использования осадка, образующегося на очистных сооружениях г. Рязани.
Задачи исследования:
• изучить механизм образования, химический состав и физические
свойства ОСВ;
• на основе анализа нормативных документов, источников литературы
и Интернет-ресурсов изучить существующие пути его использования;
• разработать и провести модельный эксперимент с целью выявления
оптимальной дозы ОСВ при использовании его в качестве удобрения на
серой лесной почве (зональная для города Рязань);
• изучить биологическую активность и агрохимические показатели
применяемых в эксперименте почвогрунтов;
• провести корреляционный анализ между показателями биологической
активности, биопродуктивностью и агрохимическими показателями
полученных почвенных смесей;
• на основе результатов эксперимента разработать практические
рекомендации по оздоровлению экологической обстановки в г. Рязани.
Известно, что количество образующегося осадка в основном зависит от
объема сточных вод, поступающих на городские очистные сооружения,
применяемых способов очистки и т.д. Влажность основной массы осадков
обычно колеблется от 99 до 85%. Свойства осадка зависят от состава
очищаемых вод, от применяемых реагентов и оттого, на какой ступени
очистки они образуются. ОСВ содержат большое количество гумуса, азота,
фосфора, калия и микроэлементов, характеризуются очень высокой
бактериальной заселённостью, в них присутствуют все основные группы
микроорганизмов [3].
Первой ступенью очистки городских сточных вод является
механическая очистка, цель которой – удаление крупно- и мелкодисперсных
взвешенных частиц и эмульгированных загрязнителей. На начальном этапе,
который осуществляется на решётках, происходит выделение из сточных вод
крупных, нерастворённых, плавающих загрязнений, таких как ветошь,
бумага, пластик, стекло, пищевые отбросы, полиэтилен, перо, резина и т.д.
Далее сточные воды поступают в песколовки, в которых удаляются частицы
гравия, песка, костей, угля, шлака, бетона и т.п. Очищенные таким образом
сточные воды направляются в первичные отстойники, которые
предназначены для улавливания гораздо более мелких взвесей: нефти, масла,
жиров и т. д.
Следующим этапом очистки городских сточных вод является
биологическая очистка, осуществляемая в аэротенках и вторичных
отстойниках. Здесь происходит непосредственный контакт сточных вод с
оптимальным количеством организмов активного ила в присутствии
соответствующего количества растворённого кислорода с последующим
отделением активного ила от очищенной воды во вторичных отстойниках.
После вторичных отстойников отработанный активный ил подвергается
механическому обезвоживанию и стабилизации [4].
Современными наиболее распространёнными способами утилизации и
использования ОСВ являются: термофильное сбраживание в метантенках с
получением биогаза; изготовление активированных углей (сорбентов);
использование в качестве добавки при производстве керамзита и других
строительных материалов; компостирование; вермикомпостирование;
применение в качестве удобрений, рекультиванта нарушенных земель и
полигонов ТБО; сжигание; пиролиз; захоронение и другие [1,2,3,5,6,7,9,10].
Разнообразие способов утилизации и использования ОСВ обусловлено,
в первую очередь, неоднородностью их свойств и механизмов образования в
каждом регионе. По причине высокого содержания в осадках тех или иных
компонентов, они могут находить применение в различных отраслях
промышленности.
Наиболее
широкое
распространение
получило
использование ОСВ в строительной промышленности при производстве
строительной керамики, пористых заполнителей для бетона, растворных
смесей, стекла, магнитных наполнителей, при получении пигментов и красок
и др. Многие исследователи указывают на возможность использования ОСВ
качестве топлива. Так, на Украине разработана технология производства на
основе ОСВ альтернативного жидкого топлива, схожего по своим свойствам
с котельным топливом [6]. Благодаря своим физико-механическим, физикохимическим и бактериологическим свойствам осадки сточных вод способны
оказывать положительное влияние на плодородие почв, их структуру и
компоненты, являясь, таким образом, перспективным рекультивантом.
Каждый из существующих способов имеет как свои преимущества, так
и недостатки перед другими. Для сжигания ОСВ требуется строительство
дорогостоящих установок, кроме того, неполное сгорание ОСВ приводит к
выбросу огромного количества сажи и вредных органических соединений,
таких как фенол и его производные, бензапирен и диоксины. Захоронение
подразумевает отведение больших площадей и вложение значительных
средств в сооружение и эксплуатацию полигонов. Термофильное
сбраживание, изготовление сорбентов и топливных брикетов также являются
затратными способами утилизации осадка.
Одним из наиболее экономически выгодных и безопасных с
экологической точки зрения способов утилизации ОСВ является
использование их в качестве органо-минеральных удобрений. При этом
одновременно решается ряд задач: исключается необходимость хранения,
повышается плодородие почв, не загрязняется окружающая природная среда.
Кроме того, это – единственный способ использования ОСВ,
останавливающий образование цепочки отходов [1,10]. В большинстве
случаев по удобрительной ценности ОСВ не уступают традиционным
органическим удобрениям. Они повышают способность почвы сохранять
влагу, увеличивают содержание органического вещества, способствуют её
агрегации и повышают устойчивость почв к эрозии. ОСВ могут
использоваться в качестве удобрений не только в сельском хозяйстве, но и в
озеленении крупных городов, испытывающих большую и всё возрастающую
потребность в органических удобрениях. Опыт применения ОСВ в таких
городах, как Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Владимир и др.,
свидетельствует о высокой положительной реакции декоративных культур на
использование осадков в качестве удобрения в городских условиях [6,7,10].
С целью изучения возможности использования ОСВ очистных
сооружений г. Рязани в качестве удобрения и выявления оптимальной дозы
их внесения в почву нами был разработан и проведён модельный
эксперимент в пяти вариантах:
1. ОСВ очистных сооружений;
2. серая лесная почва (зональная для г.Рязань) + 50 т/га (5 кг/м2) ОСВ;
3. серая лесная почва + 100 т/га (10 кг/м2) ОСВ;
4. серая лесная почва + 200 т/га (20 кг/м2) ОСВ;
5. серая лесная почва (контроль).
На каждом варианте в течение вегетационного периода выращивались
газонные злаки – типичные для нашего города (овсяница красная – Festuca
rubra, мятлик луговой – Роа prat nsis, райграс пастбищный – Lolium perenne,
костёр безостый – Bromopsis inermis).
Результаты опыта оценивались по следующим критериям:
• биологическая активность смоделированных почвогрунтов
(активность целлюлозолитического и протеолитического комплексов);
• агрохимические показатели смоделированных почвогрунтов;
• биопродуктивность почвогрунтов (прирост фитомассы газонной
смеси).
Исследования по изучению биологической активности проводились по
стандартным методикам, аппликационным методом. Агрохимические
показатели определялись электрохимическим методом, с помощью
электронного иономера И-160МИ. Биопродуктивность оценивалась по
приросту фитомассы газонной смеси. Повторность в эксперименте
трёхкратная.
Статистическая
обработка
полученных
результатов
производилась с помощью приложения MS Excel.
Выявлено, что на всех вариантах опыта, кроме чистого ОСВ,
наблюдался рост биологической активности по сравнению с контролем как
по показателю активности целлюлозолитического, так и протеолитического
комплексов. Максимально активность микробиологического ценоза
проявляется на вариантах с внесением 100 т/га (10 кг/м2) и 200 т/га (20 кг/м2)
ОСВ (рис. 1).
Проведённый нами предварительный анализ зональной почвы показал,
что значения её агрохимических показателей, в соответствии с правилами
создания, охраны и содержания зелёных насаждений в городах Российской
Федерации [8], находятся на нижней границе, что свидетельствует о
необходимости её удобрения. При внесении осадка значение агрохимических
показателей улучшается: при практически неизменном значении рН
содержание азота и калия повышается и соответствует нормативным
требованиям. Максимальное увеличение агрохимических показателей
наблюдалось на варианте с внесением осадка в количестве 200 т/га (рис. 2).
На всех вариантах опыта с внесением осадка наблюдался прирост
фитомассы (более 40%) по отношению к контролю, но максимальный – на
варианте с внесением 200 т/га (20 кг/м2) (рис.3).
Результаты корреляционного анализа говорят о наличии сильной
прямой зависимости между анализируемыми показателями:
1. активностью целлюлозолитического и протеолитического
комплексов (г = 0,88);
2. биологической активностью смоделированных почвогрунтов и
агрохимическими свойствами (г = 0,72);
3. биологической активностью и приростом фитомассы (г = 0,82);
4. увеличением фитомассы и агрохимическими свойствами (г = 0,94).
При уровне значимости а = 0,05.
Таким образом, можно сделать вывод о положительном влиянии ОСВ
на биологическую активность серой лесной почвы и на её
биопродуктивность. Осадок очистных сооружений г. Рязани рекомендуется
использовать
в
качестве
органо-минерального
удобрения
для
воспроизводства и создания газонного покрытия. Основываясь на
полученных нами данных, оптимальной дозой внесения ОСВ в почву
является 200 т/га (20 кг/м2).
Практическая реализация результатов наших исследований будет
способствовать оздоровлению санитарной и экологической обстановки в г.
Рязань за счёт:
• уменьшения запылённости и загрязнённости городской среды, т. к.
газонные злаки адсорбируют пылевые частицы и загрязнители;
• улучшения микроклиматических характеристик (снижение
температуры воздуха в летнее время, повышение влажности и ионизации
воздуха и т. д.);
• снижение площади городских почв, подверженных эрозии;
• снижение бактериального загрязнения воздушной среды города;
• повышения эстетической привлекательности городского ландшафта
по причине увеличения площади и плотности травяного покрова.
Экономическая эффективность исследований обусловлена:
• сокращением затрат на покупку минеральных удобрений;
• экономией средств за счёт уменьшения или полного исключения
штрафных санкций за загрязнение окружающей среды;
• увеличением размера предотвращённого экологического ущерба
окружающей природной среде.
ЛИТЕРАТУРА
1. Богатырёв, С.М. Экологическая оценка эффективности
использования осадка сточных вод в качестве удобрений в условиях Курской
области [Электронный ресурс] // Ресурс: Информационный портал: [сайт].
URL: http://www.waste.ru
2. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Требования к свойствам осадков сточных вод
при использовании их в качестве удобрений. [Текст]. – Введ. 2001–10–01. –
М.: Изд-во стандартов, 2001. – 5 с.
3. Евилевич, А.З. Утилизация осадков сточных вод. – Л.: Стройиздат,
Ленинградское отделение, 1988. – 248 с.
4. Жмур, Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки
сточных вод на сооружениях с аэро-тенкам [Текст] / Н.С. Жмур. – М.:
Акварос, 2003. – 512 с.
5. Кудашкина С., Волынкина Е. Куда девать ОСВ? [Электронный
ресурс] // Эко-бюллетень ИнЭкА: [сайт]. URL: http://ineca.ru
6. Материалы Специализированной конференции Международной
водной ассоциации «IWA» «Обработка и утилизация осадков сточных вод:
состояние, тенденции и перспективы», Москва, 2006 [Электронный ресурс] /
Акватек: [сайт]. URL: http://www.2010. sibico.com
7. Научная электронная библиотека [Электронный ресурс] // elibrary.ru:
[сайт]. URL: http:// www.elibrary.ru
8. Правила создания, охраны и содержания зелёных насаждений в
городах Российской Федерации. Утверждены Приказом Госстроя России от
15 декабря 1999 г. № 153.
9. Утилизация осадков МГУП Мосводоканал [Электронный ресурс]
//Официальный сайт Мосводоканал: [сайт]. URL: http://www.mosvodokanal.ru
10. Шаланда, A.B. Утилизация осадков сточных вод посредством
компостирования [Электронный ресурс] // Коммерческая биотехнология:
[сайт]. URL: http://www.cbio.ru