CC BY
185
УДК 631.412:631.416.9
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСАДКОВ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД
В.А. Касатиков, д.с.-х.н.
ГНУВНИИО УРоссельхозакадемии, e-mail: victor@kasaticov. elcom.ru
В работе приведены данные по ресурсам осадков сточных вод, их влиянию в условиях длительного применения на основные агрохимические свойства почвы. Рассмотрены особенности компостирования осадков сточных вод с использованием микробиологических препаратов.
Ключевые слова: осадки сточных вод, почва, компостирование, микробиологический препарат.
USE OF URBAN SEWAGE SLUDGE V.A. Kasatikov
This paper presents data on the resources of sewage sludge, their effects in long-term use on main agro-chemical properties of the soil. The features of the composting of sewage sludge considered using microbial preparations.
Keywords: sewage sludge, soil, composting, microbiological agent.
Внесение осадков городских сточных вод (ОСВ) в почву или производство на их основе различных компо-стов - один из основных путей решения проблемы их утилизации. Почва при этом обогащается питательными макро - и микроэлементами (азотом, фосфором, кальцием, магнием, молибденом, цинком, медью марганцем, кобальтом и др.) и органическим веществом. За счет внесения ОСВ только в Центральном административном округе РФ можно экономить на минеральных удобрениях до 300 млн. руб. ежегодно.
Органическое вещество, удобрительные макро- и микроэлементы, позволяет рассматривать ОСВ в качестве существенного источника питательных веществ в общем балансе удобрительных ресурсов как по регионам, так и в стране (табл. 1).
Основными нормативными актами, регламентирующими применение осадков сточных вод в РФ, служат ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, ГОСТ Р 54534-2011 и ГОСТ Р 54651-2011 [1-3]. Основная масса ОСВ, независимо от технологии производства и промышленной специфики городов, соответствуют действующему ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 и вследствие этого их можно использовать в виде органического удобрения или как компонент при производстве компостов и органоминеральных удобрений. Однако как удобрение со сложным агрогео-химическим составом, зависящим к тому же от соотношения бытовых и промышленных стоков, ОСВ требуют особой степени изученности с использованием агрономических, агрохимических, биогеохимических, агротех-нологических и других методов исследования.
В ходе многолетних исследований в опыте с систематическим внесением возрастающих доз ОСВ как совместно с известью, так и без нее было выявлено, что ОСВ как органическое удобрение способствует накоплению органического углерода в пахотном горизонте почвы (табл. 2). Содержание Сорг увеличивается в среднем в 1,3-2,0 раза по сравнению с контрольным вариантом при внесении минимальной и максимальной доз осадка, равных соответственно 165 и 1320 т/га, внесенных за период 1984-2011 гг. Причем необходимо отметить, что при совместном использовании ОСВ и извести этот показатель выше, чем при использовании одного осадка. Очевидно это связано с высокой степенью подвижности органического вещества осадка, которое без
внесения извести легко мигрирует вниз по профилю. Подтверждением этого предположения служит содержание органического углерода в подпахотном горизонте почвы, которое выше чем на вариантах с совместным внесением ОСВ и извести. Тем самым можно сделать вывод о том, что использование извести при внесении ОСВ препятствует миграции органического вещества осадков вниз по профилю, способствуя накоплению Сорг в пахотном горизонте почв.
При внесении ОСВ в почву происходит закономерное увеличение содержания подвижного фосфора, что связано с высоким содержанием биодоступных форм фосфора в самих ОСВ. При систематическом внесении ОСВ почва из разряда малообеспеченной фосфором переходит в разряд высоко обеспеченных. Следует отметить, что внесение ОСВ оказало влияние на содержание фосфора как в пахотном, так и в подпахотном горизонте почвы (табл. 2).
Общей тенденцией является увеличение содержания фосфора в пахотном и подпахотном горизонтах почвы при применении извести совместно с ОСВ, что связано с преимущественным образованием фосфатов кальция, а не железа. Исследования, проводимые с ОСВ, флокку-лированных неорганическим флоккулянтом (CaCOз + FeQз), выявили обратную зависимость по миграции подвижного фосфора за счет преимущественного образования фосфатов железа. Таким образом, в стандартных
1. Ресурсы осадков сточных вод по объему производства и удобрительным
Округ Объем, Азот Фосфор Калий
тыс. т сух. тыс. т
в-ва
Центральный 684 10,26 13,68 2,74
Северо -Западный 184 2,76 3,68 0,74
Южный 536 8,04 10,72 2,14
Приволжский 677 10,16 13,54 2,71
Уральский 470 7,05 9,40 1,88
Сибирский 482 7,23 9,64 1,93
Дальневосточный 171 2,56 3,42 0,68
Российская Федерация 3204 48,06 64,08 12,82
2. Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой супесчаной почвы, 2012 г.
Вариант рНкс1 Нг Бп.о ЕКО и, % Р2О5 К2О Собщ., Гумус, %
Са + Шц %
мг-экв/100 г мг/100 г
1. Контроль 62 6,0 0,76 0,83 6,79 6,20 7,59 7,13 90 88 31 12 37 2,6 0,937 1,62
2. ОСВ 15 т/га + дол. мука 3 т/га 6,4 6,1 0,65 0,70 7,46 6,42 8,11 7,12 92 90 81 36 3,9 2,7 1,046 1,80
3. ОСВ 30 т/га + дол. мука 3 т/га 6,34 6,20 0,61 0,64 7,43 6,69 8,04 7,33 92 91 97 52 4,1 2,4 1,085 1,87
4. ОСВ 60 т/га + дол. мука 3 т/га 6,4 6,20 0,71 0,65 7,37 6,73 8,08 7,38 91 92 170 86 4,5 2,9 1,389 2,39
5. ОСВ 120 т/га + дол. мука 3 т/га 6,4 6,3 0,83 0,67 7,40 6,79 8,23 7,46 90 91 219 99 56 3,2 1,740 3,00
6. ОСВ 15 т/га + дол. мука 6 т/га 6,4 6,3 0,63 0,62 7,38 7,09 8,01 7,71 92 92 87 39 3,9 2,8 0,994 1,71
7. ОСВ 30 т/га + дол. мука 6 т/га 6,4 6,4 0,62 0,61 7,44 6,95 8,06 7,56 92 92 102 57 3,9 2,7 1,263 2,18
8. ОСВ 60 т/га + дол. мука 6 т/га 6,5 6,4 0,63 0,59 7,55 7,06 8,18 7,65 92 92 151 86 4,4 2,8 1,423 2,45
9. ОСВ 120 т/га + дол. мука 6 т/га 6,5 6,4 0,76 0,67 7,60 6,81 8,36 7,48 91 91 269 131 6.4 3.5 1,930 3,33
10. ОСВ 15 т/га + дол. мука 9 т/га 6,5 6,5 0,61 0,56 7,42 7,16 8,03 7,72 92 93 90 39 3,8 3,5 1,076 1,86
11. ОСВ 30 т/га + дол. мука 9 т/га 6,5 6,5 0,57 0,59 7,61 7,14 8,18 7,73 93 92 99 51 3,9 2,7 1,124 1,94
12. ОСВ 60 т/га + дол. мука 9 т/га 6,5 6,5 0,67 0,53 7,70 7,60 8,37 8,13 92 93 146 91 4,3 2,8 1,277 2,20
13. ОСВ 120 т/га + дол. мука 9 т/га 6,5 6,5 0,65 0,53 7,85 7,60 8,50 8,13 92 93 222 99 56 3,2 1,802 3,11
Примечание: над чертой - слой почвы 0-20 см, под чертой - слой почвы 20-40 см
условиях при известковании почвы повышается миграционная способность фосфора, в то время как миграция органического вещества, напротив снижается, хотя и не отсутствует полностью. Очевидно, что миграция фосфора в нижележащие горизонты происходит преимущественно в виде растворимых Са-фосфатов и в меньшей степени в составе органического вещества.
В связи с этим можно сделать вывод о том, что использование осадков сточных вод в качестве нетрадиционного органического удобрения способствует улучшению агрохимических показателей почвы: ОСВ поддерживают реакцию почвенной среды близкой к нейтральной; внесение возрастающих доз ОСВ увеличивает содержание органического углерода в пахотном горизонте почвы; по содержанию подвижного фосфора почва из разряда слабо обеспеченных переходит в разряд высоко обеспеченных. Низкий уровень содержания калия в ОСВ предполагает применение калийных удобрений. В то же время применение ОСВ - отхода, получающегося в процессе очистки сточных вод, подлежит обязательному регламентированию, поэтому наиболее целесообразным является перевод ОСВ из категории «отход» в категорию «удобрение» путем производства на его основе компостов, почвогрунтов и других видов органических и органоминеральных удобрений.
Во ВНИИОУ проведены полномасштабные агротех-нологические и агроэкологические исследования по вопросам производства и применения компостов на основе ОСВ и различных органических наполнителей, таких
как торф, солома, опилки, вермикультуры и микробиологических деструкторов.
Компостирование субстрата на основе ОСВ - это биотермический процесс разложения органических веществ ОСВ и наполнителя, осуществляемый под действием аэробных микроорганизмов с целью обеззараживания, стабилизации и подготовки ОСВ к использованию в качестве удобрения. Аэробный процесс разложения органического вещества характеризуется уравнениями: СвН^Ов + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О; СюН19ОэМ + 12,5О2 = 10СО2 + 8Н2О + КН3 и сопровождается выделением теплоты.
Исследования по компостированию ОСВ [4-6] показали, что оно позволяет существенно сократить топливно-энергетические расходы на обеззараживание осадков и улучшить их санитарно-гигиенические показатели (вследствие гибели болезнетворных микроорганизмов, яиц гельминтов и личинок мух). В процессе жизнедеятельности аэробных микроорганизмов происходит потребление и расход органических веществ, поэтому биотермический процесс наиболее эффективен при компостировании сырых несброженных осадков. Однако он применяется в комбинации с анаэробным сбраживанием осадков в мезофильных условиях. В связи с тем, что процесс эффективен лишь при определенной влажности осадков (не превышающей 75%), компостированию целесообразно подвергать осадки, механически обезвоженные или подсушенные на иловых площадках.
3. Содержание подвижных форм ТМ*, мг/кг
Вариант Pb Od Cu Zn Ni Cr
ОСВ 1,16 0,16 2,19 15,51 1,07 0,28
Компост (К25 контроль) 1,50 0,19 2,28 16,05 1,10 0,19
Компост (К25 + Баркон) 0,99 0,07 1,99 10,22 0,88 0,28
ПДК в почве, мг/кг 6 0,5 3 23 4
* подвижные формы ТМ, извлекаемые аммиачно-ацетатным бу( >ером с рН, равным 4,8 ед.
Для создания пористой структуры осадка требуемой влажности и оптимального соотношения углерода и азота, обеспечивающих проведение биотермического процесса в аэробных условиях, компостирование осадков следует осуществлять в смеси с наполнителями. Наиболее благоприятное соотношение углерода и азота 2030:1. На практике часто применяют компостирование ОСВ с различными отходами или заменяющими их веществами (торф, опилки, древесная кора, биомасса растений).
Компостирование с использованием микробиологических препаратов, ускоряющих процесс разложения органической части субстрата для компостирования -наиболее перспективный вариант переработки отходов производства в ценные удобрительные материалы. В качестве микробиологических препаратов были использованы препараты Баркон и Биофорс (BIOFORCE Compost).
Биопрепарат Баркон, разработанный во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург), представляет специальный комплекс лигнинсодержащих микроорганизмов-деструкторов. Его добавляют в начале компостирования из расчета 100 л/т (сухого вещества опилок) или 100 мл/кг.
Биопрепарат Биофорс производится Baxel Co., Ltd. 240/26-27 Moo 2, Suksawat Road, Rajaburana, Bangkok, 10140, Thailand по заказу Bionick Compani, г. Москва.
Рассматривалось компостирование компонентов ОСВ и опилок при соотношении C:N = 20 (К20), C:N = 25(К25) и C:N = 30(К30). Препарат Баркон способствовал увеличению Р2О5подв. на 65% в сравнении с обычным компостированием при С: N = 20.
При характеристике органических удобрений рассматривают соотношения биофильных элементов: С: N, N:P2O5 и N:K2O. Отношение C:N характеризуют качество удобрений: от него зависит степень и скорость усвоения азота растениями. При этом значения C:N » 16-18; N:P2C>5 ~ 2-3,5; N:K20 ® 1-2.
За счет уменьшения количества углерода и увеличения общего азота при компостировании ОСВ с опилками произошло сужение отношения С:К В сравнении с исходными смесями С^ достигло 18 (К20) и 23 (К25).
Из-за большого содержания фосфора и низкого калия в исходном сырье отношения №Р2О5 очень низкие - 0,42 (К20) и 0,49 (К25), а №К2О высокие - 4,2 (К20) и 4,1-4,3 (К25). Поэтому использовать полученные компосты в качестве удобрения необходимо в сочетании с азотно-калийными или калийными минеральными удобрениями.
Данные таблицы 3 показывают, что при компостировании ОСВ с опилками при соотношении С^ = 25 существенного изменения содержания подвижных форм ТМ в сравнении с исходным ОСВ не происходило. При компостировании с Барконом наблюдается тенденция к уменьшению содержания подвижных форм Сd, Zn, Pb, №, соответственно, в 2,7; 1,6-1,25 раза в сравнении с обычным компостированием. Содержание подвижных форм в ОСВ и компостах из ОСВ было ниже ОДК этих элементов в почве.
Таким образом, использование ОСВ в качестве нетрадиционного органического удобрения способствует улучшению агрохимических показателей почвы -реакция почвенной среды становится близкой к нейтральной, а внесение возрастающих доз ОСВ увеличивает содержание органического углерода в пахотном горизонте почвы. При этом по содержанию подвижного фосфора почва из разряда слабо обеспеченных переходит в разряд высоко обеспеченных, а низкий уровень содержания калия в ОСВ предполагает применение калийных удобрений.
Использование микробиологических препаратов при компостировании ОСВ с опилками ускоряет прохождение фаз компостирования и обеспечивает получение компоста с более высоким содержанием азота и фосфора, органического вещества и снижает подвижность ТМ.
Литература
1. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений.
2. ГОСТ Р 54534-2011. Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель.
3. ГОСТ Р 54651-2011. Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия.
4. Касатиков В.А., Беляева С.Д., Шабардина Н.П., Лазуткина Е.В. Экологические и технологические аспекты компостирования осадков сточных вод. Материалы 7-го Международного Конгресса ЭКВАТЭК-2006, 30 мая - 2 июня 2006 г. Т 2. - С. 833-834.
5. В.А. Касатиков, С.М. Касатикова, Н.П. Шабардина. К вопросу о влиянии вермикомпостирования осадков сточных вод на их агроэкологические свойства // Плодородие, 2006, № 6. - С. 40-42.
6. В.А. Касатиков. Агротехнологические и экологические аспекты компостирования осадков сточных вод. Сборник докладов форума научно-технического сотрудничества Китая и СНГ, 2006 г. - С. 272-273.
