CC BY
51
НЛТУ
УКРЛИНИ
t ,
Hl/IUB
Науковий bIch и к НЛТУ УкраТни Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40270422
Article received 18.05.2017 р. Article accepted 24.05.2017 р. УДК 628.477:504
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
1 ЁЕЗ Correspondence author О. Т. MazuraK [email protected]
О. Т. Мазурак, А. В. Мазурак, Н. В. Качмар, Г. А Лисак
Львiвський нащональний аграрний ушверситет, м. Львiв, Украши
ЕКОЛОГ1ЧН1 АСПЕКТИ УТИЛ1ЗАЦП ОРГАН1ЧНИХ В1ДХОД1В
Описано результати дослвджень шляхiв еколопчноТ ушлiзацй оргашчних вiдходiв. Представлено процеси, якi призво-дять до утворення надтоксичних забруднювальних речовин (низки дюксишв i фурашв, важких металiв) та шляхи емiсiТ цих небезпечних полютанпв у довкiлля. ВиIцiлено основнi джерела надходження дiоксинiв у навколишне середовище: термiчна утилiзацiя вiдходiв; процеси виробництва хлорорганiчних сполук; бiогеннi процеси шд час компостування вiдходiв; тривале збертання вiдходiв хлорорганiчноТ природи у сховищах i звалищах. Видiлено низку методiв зниження рiвия забруднення навколишнього середовища та механiзми мiнiмiзацiТ впливу токсиканлв.
Потенцiйнi можливостi спричинити забруднення довкшля або пiддати його впливу надтоксичних дюксишв значною мь рою залежить вiд того, що вiдбуваеться з ввдходами i яким чином Тх утилiзують. Зокрема, ефективне високотемпературне спалювання забруднених вiдходiв за високого ступеня очищення може значною мiрою знищувати практично всi наявнi в них дюксини, тодi ж як захоронения таких вiдходiв може призвести до створення вторинного джерела забруднення. З'ясова-но особливостi, переваги та недолки компостування як методу, що дае змогу мiнiмiзувати об'ем вiдходiв, шдвищити родю-чiсть грунту, вмiст гумусу у ньому, збагатити його на поживш речовини, а також зменшити деградацiйнi процеси.
Клю^ое^ слова: дюксини; ксенобютики; важкi метали; забруднення; токсичнють; компостування.
Вступ. TepMi4Ha утилiзацiя вiдходiв, як i lx складу -вання на полiгонах ТПВ, створюе серйозн екологiчнi проблеми: нагромадження та неповне знищення горючих вiдходiв смитеспалювання, складнiсть i нерента-бельнiсть процесу уташзацп, токсичнiсть певних ввдхо-дiв та утворення канцерогенних речовин (сажа, дюксини, iншi полiциклiчнi ароматичш вуглеводнi, важкi метали). Тому виникае нагальна потреба дослiдити можли-востi безпечного pециклiнгу вiдходiв, зокрема з оргашч-ним складником, та шляхгв ix рацюнально! утитзаци i3 врахуванням мшшшци фактор1в еколопчно! небезпеки.
Виклад основного матерiалу. Унаслiдок антропогенезу щоpiчно в природне довкшля потрапляе к1лька тонн стiйкиx оргашчних забpуднювачiв - канцерогенних дюксишв та шших токсичних дiоксиноподiбниx сполук.
Одним з основних джерел дюксишв i фурашв, за висновками "International Best Practices for PreProcessing and Co-Processing Municipal Solid Waste and Sewage Sludge in the Cement Industry", вважають процеси не-контрольованого спалювання вiдxодiв, однак умови, джерела та шляхи знешкодження дiоксинiв вивчають до сьогоднi.
Найбiльш токсичним, зпдно з дослiдженнями "Directive 2000/76/ec of the European parliament and of the council of 4 December 2000 on the incineration of waste", вважають 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-дюксин (ТХДД), вщносна токсичнють якого доpiвнюе 1. Високу токсич-шсть, що доpiвнюе токсичностi ТХДД, мае ще один клас сполук хлоромкних ксенобiотикiв, виявлених у викидах смтеспалювальних заводiв i стоках целюлоз-но-паперових виробництв, - полixлоpованi дибензоть офени (Mazurak, et al., 2011).
Встановлено, що харчовий ланцюг е основним шляхом надходження дюксин1в i фуpанiв у оpганiзм люди-ни (у 500-1000 раз1в перевищуе lx надходження з пови-ря), тодi як з атмосферним повгтрям надходить т1льки близько 1-5 %. Причому основним джерелом дюксино-подiбниx ксенобiотикiв у оpганiзм людини е продукти тваринного походження, що переважають надходження з рослинними продуктами у 10 разгв. Серед тваринних продукпв найбiльше полixлоpованиx дибензо-пара-дь оксин1в (ПХДД) та полixлоpованиx дибензофуpанiв (ПХДФ) виявлено у pибi та рибних продуктах. В орга-нiзмi ж наземних тварин ТХДД нагромаджуеться пере-важно у молощ та у м'яс (Talandysz, 1988).
Окр1м харчового ланцюга можна видiлити такi джерела надходження дюксин1в. По-перше, процеси виробництва xiмiчноl продукци, наприклад, виробництво хлорованих фенолiв i оксихлорування змшано! сирови-ни для виробництва деяких хлорованих розчинниюв, а також виробництво целюлози i паперу. Надходження дюксишв у цьому випадку можна контролювати шляхом змши технологи самого процесу або ж замщенням продукпв виробництва. По-друге, теpмiчнi процеси i процеси спалювання. Бiльшiсть дослiдникiв вважають, що основний механзм утворення ПХДД/ПХДФ у про-цесi спалювання пов'язаний iз замiною радикал1в, цик-лiзацiею й аpоматизацiею молекул до температури 600 °C, конденсацiею попеpедникiв ПХДД/ПХДФ, i вшьно-радикальними pеакцiями, що вщбуваються на повеpxнi золи-винесення (de novo synthesis) за температури по-над 300 °С (Mazurak, et al., 2011).
Шд час нормування та дослвджень джерел утворення дюксин1в вказують конкpетнi умови lx утворення. Згiдно з вимогами "BAT/BEP - Best Available Techniq-
^TyBaHHA 3a flOTY: Ma3ypaK O. T., Ma3ypaK A. B., Karnap B. H., ZlucaK A. r. EKo.norMHi acneKTU yTU.m3a^i opraHNHux BiflxofliB.
HayKOBMM BiCHMK H^Ty yKpa'rnu. 2017. Bun. 27(4). C. 100-102. Citation APA: Mazurak, O. T., Mazurak, A. V., Kachmar, V. N., & Lusak, A. G. (2017). Environmental Aspects of Organic Waste Recycling. Scientific Bulletin of UNFU, 27(4), 100-102. https://doi.org/10.15421/40270422
ues/Best Environmental Practices" для контролю ПХДД/ПХДФ в димових газах промислових об'екпв TepMi4Hoi' утитзаци вiдходiв BMicT ПХДД/ПХДФ не повинен перевищувати 0,1 нг ТЕ/м3 за нормальних умов (237 К, 101,3 кПа, 10 % О2). Для знищення дюксишв ви-користовують каталiтичне дехлорування i спалювання за температури >1200°C. Ц методи потребують спря-мованих контрольованих умов, задля уникнення утво-рення токсичних сполук унаслiдок pеакцiй, таких як ди-меpизацiя i реконденсащя в зонi охолодження печi (Ma-zurak, et al., 2011).
До третього типу джерел можна ввднести бiогеннi процеси, за яких з первинного матеpiалу можуть утво-рюватись дiоксини, оскiльки дослiджено подiбнi процеси, як вiдбуваються в компост (Makles, Switkowski & Grybowska, 2001; Grueneklee, Moll & Kern, 1993). Вод-ночас, одним iз природних способов руйнування дюкси-н1в е вплив мiкpооpганiзмiв, наприклад типу Arthrobac-ter, як1 розщеплюють вуглеводневi кшьця цих надток-сичних сполук. Встановлено також, що деякi гриби, наприклад Phanerochaete chrysosporium (збудники "6i-ло! гнилi"), в аеробних умовах розкладають ТХДД без шкоди для себе. Для очищения грунпв, забруднених ароматичними ксенобiотиками, також доц1льно вико-ристовувати фiтоpемедiацiю. Так, вiтчизнянi науковцi (Slobodeniuk, 2008) встановили, що рослини родини ка-бачкових (Cucurbitaceae) рекомендовано використову-вати для фiтоpемедiацil забруднених хлороргашчними пестицидами грунтав, а вирощену фггомасу потpiбно утилiзувати шляхом анаеробного розкладання (Labres, et al., 1998).
До четверто! групи джерел надходження дюксишв належать забуп сховища хiмiчних вiдходiв, геpбiцидiв, iнших хлоpоpганiчних сполук, закинул звалища, а також грунти i вiдклади, в яких протягом тривалого часу акумулювалися дiоксини. У грунп, багатому на сполу-ки, що е джерелом водню, з огляду на фiзичний стан, структуру i пpисутнiсть лiпiдофiльних сполук у першш фазi дiоксини тдлягають розчиненню з подальшим просуванням в глибшi шари грунту, що значно попр-шуе процес фотолiтичного розпаду.
Отже, за ввдповщного контролювання оpганiчних ввдходгв на вмiст токсикантiв, можна застосовувати метод компостування (особливо для власниюв приватних помешкань iз дшянкою землi для облаштування ком-постно! ями), що дае змогу мiнiмiзувати об'ем вiдходiв та тдвищити родючкть грунту, вмiст гумусу у ньому, збагатити його на поживш речовини, зменшити або послабити дегpадацiйнi процеси грунту (вивирювання, ущiльнення, засолювання, запливання та вимивання цiнних оpганiчних та мшеральних речовин з повеpхнi).
Загалом, твеpдi оpганiчнi вiдходи науковцi вважа-ють джерелом вуглецю, який сприяе зв'язуванню азоту та фосфору в спчних водах, або взагалi е джерелом азоту та фосфору, що визначають, наприклад, методом аеpолiфтного бюреактора (Veltof, et al., 1998). Зазначе-ний метод допомагае зрозушти можливостi оpганiчних вiдходiв у постачанш азоту та фосфору для живлення рослин швидше, нiж конвективний реактор або тести з рослинами, наприклад з житом (Veltof, et al., 1998). Дослвдження компосту показали, що мкький компост (Labres, et al., 1998) поступаеться за яюстю компосту з периферп, оскшьки мктить бшьше важких металiв (токсичних кадмiю та свинцю). Дослiджения також до-водять, що вологший компост губить бшьше поживних
речовин у пpоцесi дозргвання, нiж сухий (Westing, 1984). Це стосуеться i важких меташв: вологий компост втрачае 2 %, а сухий - 0,1 % важких меташв, що ввдбу-ваеться внаслвдок вилуговування останнiх у грунт. Тому приготування компостiв потpiбно здшснювати в умовах, що запобiгають !х вилуговуванню (водонепро-никна основа компостно! ями та емностi для дощових стокiв з компосту).
Компост з мкьких вiдходiв ретельно дослiджували науковщ на предмет взаемодп "компост - грунт - росли-на": збагачений перегноем компост, зпдно з дослвдними даними (Gupta, et al., 1994), шдвищував вмiст сухо! речовини, азоту в рослин та вмкт азоту в гpунтi пропор-цiйно до кiлькостi внесеного оргашчного добрива. Збагачений перегноем компост з мкьких вiдходiв е джерелом штрогену в живленнi рослин i бiологiчно активним компонентом у грунп екосистеми. Так, позитивними були дослiджения грунтгв пiд соснами через 10 роюв шсля удобрення !х компостом з оргатчних мiських вiдходiв: зафiксовано зб1льшення вмкту нiтpогену в гpунтi й гол-ках дерев та вiдповiдне подальше збщьшенщя росту рослин (Grueneklee, Moll & Kern, 1993).
Пвд час виготовлення та використання компосту з вщходгв тваринництва потpiбно звертати увагу на вмкт важких меташв, навiть у сiльський мiсцевостi, оскшьки птиця та свинi для повноти споживання та засвоення коpмiв отримують додатково хiмiчнi елементи у добавках (купрум, кадмш, цинк, кобальт, арсен, манган, фе-рум та селен) (Han, et al., 2000; Barbro, 1997), однак при цьому може бути токсичним для рослин i навиъ поси-лювати акумуляцда небезпечних елементгв.
Встановлено, що технологи перероблення оpганiки на бiогаз дають змогу використовувати до 30 % ввд за-гального об'ему загрузки метантенюв твердими мiськи-ми ввдходами, однак при цьому важливо, щоб вмкт важких металгв не переважав ргвыв токсичностi для розвитку метанових бактеpiй.
Цiкавою е модель формування гумусових сполук у пpоцесi бюкондицюнування оpганiчних вiдходiв та от-римання комплексних оpгано-мiнеpальних добрив. Згiд-но з концептуальною моделлю, опрацьованою в ННЦ "!нституп грунтознавства та агрохши гм. О. Н. Соко-ловського", на початкових стадiях пpоцесiв гушфжацп пiд впливом мiкpобiоти оpганiчнi сполуки розкладають-ся й утворюються як продукти повно! мiнеpалiзацil -CO2 i H2O, так i нашврозкладу - оpганiчнi кислоти, амi-нокислоти тощо. П1д час бiокондицiонування органч-них вiдходiв важливi функцй' виконують активна повер-хня будь-якого походження (глинистi матеpiали, коло-!ди пдроксидгв алюмiнiю та феруму, стiйкi форми орга-нiчних речовин) i оптимальне спiввiдношення мiж вуг-лецем i азотом. Внаслiдок зазначених пpоцесiв тдви-щуеться пpодуктивнiсть ланок сiвозмiн на 25-40 %, пок-ращуеться родючкть гpуитiв i як1сть продукцй'.
Висновки. Будь-яке використання компостiв, бi-оввдходгв, як i грунтгв потребують ретельного пролон-гованого аналiзу на вмкт токсикантiв. Токсикологiчна оцiнка полютантiв повинна визначати можливкть наг-ромадження цих мжрокомпоненпв у сеpедовищi та специфiчнiсть ххньо! дй' на умови проживання оpганiз-м1в в екосистемi.
В умовах сучасного, забрудненого вiдходами, токсикантами навколишнього середовища, вивчення !х впли-ву, умов утворення, взаемодп мiж собою та методiв
знешкодження, еколопчно прийнятно! утитзаци е ак- ologycal nutrient removal in wastewater treatment plants. Water
туальними i потребують подальших активних дослi- Res. 33(1X 214-222.
джень Makles, Z., Switkowski, A., & Grybowska, S. (2001). Niebezpieczne
dioksyny. Warszawa: Arkady, 244 p.
Перелж використаних джерел Mazurak, O. T., Shkymbatiuk, R. S., Lozovitska, T. M., & Khrunyk,
S. Yu. (2011). Study of the mechanisms the pollution of the bi-
Barbro, U. (1997). Leaching of plant nutrients and heavy metals du- osphere dioxins. Scientific Bulletin of UNFU, 21(12), 122-127.
ring the composting of household and chemical characterization of Retrieved from:
the final product. ActaAgfic. Scond., Sect. R, 47(b), 142-148. http://nltu.edu.ua/nv/Archive/2011/21 12/122 Maz.pdf
Grueneklee, С. E., Mo11, w., & Kern, K. G. (1993). Nitrogen status of Slobodeniuk, O. A. (2008). Akumuliuvannia DDT orhanamy Cucur-
a Scots pine site 10 years after fertilization with composted munici- bitapepo. Ahroekolohichnyizhurnal, 3, 81-83. [in Ukrainian].
pal waste. Z. P^anzenernaehr. Bodenkd, 156(1), 39-44. Talandysz, J. (1988). Oszacowanie spozycia polichlorowanych dwu-
Gupta, S. C., Namdeo, S. L., Pawar, K. S., & Nema, D. P. (1994). Ef- fenyli w rybach w Polsce. Rosz. Panst. Zakl. Hig 39(6), 450-453.
fect of organic manures and rhizobium inoculant on symbiotic tra- Veltof, G. L., Bensichem, M. L., Raijmakers, W. M. F., & Janssen, B.
its, nutrient content, quolity and yield of blach gram. Orient H. (1998). Assesment of plant available nutrients in organic pro-
J. Chem, 10(2), 114-118. ducts using an airlift bioreactor. J. Environ. Qval, 27(5), 1261-
Han, F. X., Kingery, W. L., Selim, H. M., & Gerard, P. D. (2000). Ac- 1267
cumulation of heavy metals in long-term poultry waste amended Westing, A. H. (Ed.) (1984). Herbicides in War: The Long-Term Eco-soil. SoilScience, 165(3), 123-128. logical and Human Consequences; SIPRI Stockholm. Florence,
Labres, P. и ^та^ p., Battistioni, P. et al. (1998). The use of orga- Kentucky, U.S.A.: Taylor, & Francis, 210 p. nic fraction of municipal solid waste hydrolysis products for bi-
О. Т. Мазурак, А. В. Мазурак, Н. В. Качмар, Г. А. Лысак
Львовский национальный аграрный университет, г. Львов, Украина
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УТИЛИЗАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
Описаны результаты исследований путей экологической утилизации органических отходов. Представлены процессы, которые приводят к образованию надтоксичных загрязняющих веществ (ряда диоксинов и фуранов, тяжелых металлов) и пути эмиссии этих опасных поллютантов в окружающую среду. Выделены основные источники поступления диоксинов в окружающую среду: термическая утилизация отходов; процессы производства хлорорганических соединений; биогенные процессы при компостировании отходов; длительное хранение хлорорганических отходов на хранилищах и свалках. Выделен ряд методов снижения уровня загрязнения окружающей среды и механизмы минимизации влияния токсикантов. Потенциальные возможности вызвать загрязнение окружающей среды или подвергнуть его влиянию надтоксичных диоксинов в значительной степени зависит от того, что происходит с отходами и каким образом их утилизируют. В частности, эффективное высокотемпературное сжигание загрязненных отходов при высокой степени очистки может существенно уничтожать практически все имеющиеся в них диоксины, тогда как захоронение таких отходов может привести к созданию вторичного источника загрязнения.
Показаны особенности, преимущества и недостатки компостирования как метода, что дает возможность минимизировать количество отходов, повысить плодородие почвы, содержание гумуса в нем, обогатить его питательными веществами, а также уменьшить процессы деградации.
Ключевые слова: диоксины; ксенобиотики; тяжелые металлы; загрязнения; токсичность; компостирование.
O. T. Mazurak, A. V. Mazurak, N. V. Kachmar, G. A. Lusak
Lviv National Agrarian University, Lviv, Ukraine
ENVIRONMENTAL ASPECTS OF ORGANIC WASTE RECYCLING
Thermal waste disposal, as well as their storage in landfills, creates a number of serious environmental problems. Therefore, it is necessary to study possibilities of safe waste recycling, including organic component, and ways of their rational utilization of factors concerning minimization of environmental hazards. In the course of the research the following results are obtained. Firstly, the authors described the environmental problems associated with disposal of organic waste. Then different ways of of emitting these hazardous pollutants in the environment are shown. The main sources of dioxins emissions in the environment are considered to be as follows: uncontrolled combustion and thermal recycling of waste; production processes; organochlorine compounds; biogenic processes during composting; long-term storage of chemical waste in landfills and storage facilities. Research sources formation of dioxins provide specific terms of their formation and opportunities to cause pollution or subjected to its influence largely depends on the method of storage and waste disposal. The attention is focused on methods of reducing pollution and minimizing the impact of toxicants mechanisms (processes control conditions in the workplace; action of microorganisms that are ruining hydrocarbon rings persistent organic pollutants, soil phytoremediation). The positive results of studies of urban compost from organic waste is biostimulant and a source of nitrogen in plant nutrition. However, the authors have selected heavy metal toxicity problem, particularly for compost from animal waste. The model of bio-conditioning of organic waste to produce complex organic fertilizers has been designed.
Keywords: dioxins; xenobiotics; heavy metals; pollution; toxicity; composting.
1нформащя про aBTopiB:
Мазурак Оксана Тимофмвна, канд. техн. наук, доцент, Львiвський нацюнальний аграрний ушверситет, м. Львiв, Укра'ни.
Email: [email protected] Мазурак Андрш Васильович, канд. техн. наук, доцент, Львiвський нацюнальний аграрний ушверситет, м. Львiв, Укра'ши.
Email: [email protected]
Качмар Наталiя Василiвна, канд. с-г наук, доцент, Львiвський нацюнальний аграрний ушверситет, м. Львiв, Укра'ни.
Email: [email protected]
Лисак Галина Антошвна, канд. бюл. наук, доцент, Львiвський нацюнальний аграрний ушверситет, м. Львiв, Укра'ни.
Email: [email protected]
