CC BY
176
¡55^»— Аграрный вестник Урала № 4 (96), 2012 г. -
Экология ¿V)
Активный ил станций аэрации — биологический ресурс органических удобрений
А. М. АСОнОВ,
доктор биологических наук, профессор, Уральский государственный университет путей сообщения,
о. р. ильясов,
доктор биологических наук, старший научный сотрудник, Уральский ниви рАСХн,
М. В. кириллов,
кандидат технических наук, Уральский государственный университет путей сообщения
Положительная рецензия представлена И. А. Шкуратовой, доктором ветеринарных наук, профессором, директором Уральского научно-исследовательского ветеринарного института Россельхозакадемии.
Ключевые слова: активный ил, органические удобрения, сжигание автоклавный гидролиз, кормовые дрожжи, белкововитаминный корм.
Keywords: active silt, organic fertilizers, burning avtoklavny hydrolysis, fodder yeast, belkovovitaminny forage.
Практически во всех городах и поселках хозяйственно-бытовые и производственные сточные воды очищаются на станциях аэрации биохимическим методом с использованием активного ила. Поддерживая оптимальную концентрацию активного ила в аэротенках (1,5-3,0 г/дм3), его прирост (избыточный ил) вынуждены отправлять на кондиционирование и далее на утилизацию.
Учитывая значительные массы образующегося избыточного активного ила (0,5-1 % от общего количества сточных вод, поступающих на очистные сооружения хозяйственно-производственной канализации) [14], проблема его кондиционирования и утилизации стоит достаточно остро не только в нашей стране, но и во всех цивилизованных странах.
Активный ил, задерживаемый вторичными отстойниками после аэротенков, представляет биоценоз микроорганизмов и простейших. Структура активного ила представляет хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде он почти не имеет запаха или пахнет землей, но, загнивая, издает специфический гнилостный запах.
По механическому составу активный ил относится к тонким суспензиям, состоящим на 98 % по массе из частиц размером меньше 1 мм. Отличается высокой влажностью — 99,2-99,7 %. Этот осадок легко взмучивается и довольно быстро оседает при отстаивании [2].
Элементный состав сухого вещества активного ила колеблется в широких пределах (в % от сухой массы): углерода — 44,0-75,8; водорода — 5,8-8,2; серы — 0,92,7; азота — 3,3-9,8; кислорода — 12,5-43,2 [14].
Осадки сточных вод содержат значительное количество биогенных веществ — азота, фосфора, калия. Наряду с органическим веществом и микроэлементами они определяют удобрительную ценность различных видов осадков. По этим показатели осадков сточных вод, обработанные соответствующим образом, не уступают традиционным органическим удобрениям [11].
Содержание валового фосфора в осадках в зависимости от вида и места их происхождения колеблется от
0,3 до 8,0 % сухого вещества.
Наиболее богат фосфором активный ил. В свежем осадке его содержится 0,6-5,2 %, в сброженном — 0,96,6 % Р2О5. Содержание калия в осадках сточных вод в среднем составляет 0,2-0,6 % от сухого вещества, в том числе в активном иле — 0,3-0,8 %.
Химический состав осадков позволяет определить наиболее рациональные пути их использования и обработки. В табл. 1 представлен химический состав минеральной части [14].
Избыточный активный ил по содержанию азота, фосфора, органических веществ не уступает подстилочному навозу, торфу, торфонавозным компостам и другим традиционным удобрениям. Внесение такого ила в почву (в жидком или подсушенном виде) позволяет повышать плодородие сельскохозяйственных угодий, о чем свидетельствуют данные, приведенные в табл. 2 [13, 14].
Из таблицы видно, что осадки значительно повышают урожайность. Наиболее эффективной формой удобрения является комбинация осадка с минеральным калийным удобрением (лучше с сернокислым калием).
таблица 1
состав минеральной части осадков, % к абсолютно сухому веществу
Типы осадков о4 Й °С < °С & О о О tg S О ьК О, «а £ о° со О с N О 3 О О 2 О, sT О
Первичные сырые 8,4- 55,9 0,3- 18,9 3,0- 13,9 11,8- 35,9 2,1- 4,3 0,7- 3,4 0,8- 4,2 1,8- 7,5 0,1- 0,6 0,1- 0,8 0,2- 2,9 0,8- 3,1
Активный ил 7,6- 33,8 7,3- 26,9 7,2- 18,7 8,9- 16,7 1,4- 11,4 0,8- 3,9 1,9- 8,3 1,5- 6,8 0,2- 0,3 0,1- 0,2 0,2- 3,4 0-2,4
таблица 2
эффективность осадков как удобрения (почва супесчаная)
Удобрение Урожай капусты Урожай картофеля
ц/га % ц/га %
Без удобрения (контроль) 312 100 226 100
Минеральное 460 147 269 119
Навоз — 30 т/га 439 141 297 131
Осадки сырые — 30 т/га 408 131 298 132
Осадки сброженные — 30 т/га 434 139 275 122
То же + К60 506 160 - -
таблица 3
химический состав (валовое содержание элементов) кека цеха механического обезвоживания северной аэрационной
станции
Показатели, мг/кг Годы наблюдений Нормы для почв, мг/кг [8]
1996 1998 2000 2008
Алюминий 2300 19800 12000 52604 50000
Барий 700 600 600 - 600
Бериллий 0,4 0,6 0,4 - 3,8
Бор 1000 1100 1300 - 38
Железо 2200 39000 19000 56276 51000
Кобальт 50 40 20 - 18
Марганец 8100 2000 8100 2986 1000
Медь 700 800 1200 726 33-132
Никель 300 360 590 429 20-80
Свинец 140 180 630 - 32-130
Молибден 4,0 2,0 1,0 - 4,1
Хром 1100 800 1700 1195 83
Цинк 1200 1300 1978 4705 55-220
Такое сочетание дает хорошие результаты при благоприятных влажностных условиях почвы, в противном случае действие минеральных удобрений ослабевает, а в засуху приводит к пониженному урожаю.
Наибольшая удобрительная ценность осадка наблюдается в поймах и на суглинистых почвах. Последние отличаются естественными запасами калия, и, следовательно, на этих почвах добавка калия требуется меньшая, чем на супесчаных. Добавка к осадку фосфорнокислых минеральных удобрений не дает положительных результатов, т. к. осадок сам богат фосфорной кислотой. Но некоторая добавка азота (30-40 кг/га), извести и калия (не менее 60 кг/га) приводит к значительному повышению урожая [11].
Кроме использования избыточных активных илов в качестве удобрения, они еще используются во многих отраслях народного хозяйства:
1) в сельском хозяйстве: в качестве мелиоратора песчаных почв, превращать последние в плодородные участки; как белково-витаминный корм для животных и птиц или для получения полноценной кормовой смеси, состоящей из кормовых дрожжей и активного ила;
2) в области промышленного производства: утилизировать жировые вещества для получения технического жира и консистентных смазок; использовать осадки сточных вод производственных предприятий в строительных и дорожных работах; получать технический витамин В12 для комбикормовой промышленности; получать белковые вещества и аминокислоты; применяя сухую перегонку осадков, получать ценные химические продукты;
3) в области использования ила для получения газа в метантенках: получать тепловую, механическую и электрическую энергию; использовать газ для бытовых нужд или превращать его в заменитель бензина; получать химические продукты [2].
Второе и третье направление использования активного ила относится к малотоннажному производству. Если учесть, что ежегодный прирост его биомассы в нашей стране составляет несколько миллионов тонн [6, 7, 12], становится очевидным, что основным потребителем, способным принять такое количество осадка, остается сельское хозяйство, где его можно утилизировать в качестве органо-минерального удобрения. Но использование ила в качестве удобрения на сельхозугодьях возможно лишь после определенной его обработки, т. е. после его кондиционирования.
Следует отметить, что активные илы, образующиеся на станциях аэрации крупных городов с развитым промышленным потенциалом, в большинстве случаев загрязнены адсорбированными из городских сточных вод ионами тяжелых металлов. Последние являются
тормозом для широкого использования активных илов в качестве органического удобрения.
Источниками загрязнения активного ила являются сточные воды металлургических предприятий черной и цветной металлургии, радиопромышленности, производств, имеющих в своем составе гальванические цеха. Все они сбрасывают свои недоочищенные от ионов тяжелых металлов сточные воды в городскую канализацию. В процессе биохимической очистки сточных вод активный ил, являясь хорошим сорбентом, обогащается солями тяжелых металлов ^п, РЬ, Си, Cd, Сг, N0. Использование в качестве органического удобрения, без предварительно детоксикации активного ила, представляет опасность для загрязнения почв металлами свыше нормативных показателей и, как следствие, негативно влияет на качество и урожай сельскохозяйственной продукции.
В табл. 3 представлены результаты исследований состава активного ила Северной станции аэрации канализации города Екатеринбурга.
Столь жесткие требования к концентрациям тяжелых металлов в почве сельскохозяйственных угодий обязывают для использования активного ила в качестве удобрения решать проблему снижения этих ингредиентов и в нем самом.
Количество осадков на крупных объектах достигает несколько тысяч кубических метров в сутки. Чаще всего они направляются для частичного обезвоживания на иловые площадки, в цеха механического обезвоживания. В ряде случаев они просто сливаются в овраги, карьеры, низины, моря, загрязняя тем самым почву, открытые водоемы и атмосферу.
В настоящее время на полигонах Санкт-Петербурга площадью 196 га в пригородной зоне размещено свыше 6 млн м3 обезвоженного нестабилизированного осадка. Ежегодная потребность в таких площадях составляет 8-10 га [5].
В Московской области под осадки сточных вод выделено до 1500 га площади, в том числе 800 га — в Москве [1].
На очистных сооружениях канализации г. Новосибирска производительностью 703 тыс. м3/сут. образуется в процессе очистки сточных вод 90-110 т/сут. осадков (по сухому веществу) [7].
Проблема обработки осадков, и в частности поиск способов извлечения тяжелых металлов из концентрированных отходов, остается актуальной по сей день. В настоящее время наиболее часто используются на практике три способа:
• термический (автоклавный гидролиз, сжигание);
• ионообменный с последующей сильнокислотной обработкой;
46
№№№. т-Э¥и. пэгос!. ги
^55^»— Аграрный вестник Урала № 4 (96), 2012 г.—<^Щ^
Экология tv>
• химическое выщелачивание концентрированными кислотами и щелочами.
Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки.
Еще в 1990 г. был сделан вывод о перспективности термического сжигания осадков городских сточных вод, однако оно не является экологически безопасным, поскольку требуется очистка выбрасываемых газов, возникают трудности с дополнительной очисткой образующихся суспензий в системе промывки газов [4].
Одним из недостатков химического способа извлечения тяжелых металлов из избыточного активного ила является использование дорогостоящих реагентов, большая продолжительность процесса, образование вторичных кислых стоков.
Необходимость кондиционирования активного ила, используемого в дальнейшем в качестве органического удобрения, ставит перед исследователями две основные задачи:
• снижение содержания токсичных веществ в активном иле;
• разработка максимально простой и экономичной технологии обработки осадка, исключающей использование капитальных сооружений и оборудования с большим потреблением энергоносителей.
Поставленные задачи нами решаются с использованием биосорбционного комплекса, включающего высшую водную растительность и природный ионообменный сорбент, обеспечивающий десорбцию тяжелых металлов из избыточных активных илов и тем самым снижение их концентраций до допустимого уровня.
Литература
1. Данилович Д. А. Обработка и утилизация осадков на Московской станциях аэрации // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Ч. 1. С. 7-12.
2. Евилевич А. З. Осадки сточных вод. Издательство литературы по строительству. Ленинград — Москва, 1965.
3. Евилевич А. З. Утилизация осадков сточных вод. М. : Стройиздат, 1979. 87 с.
4. Зыкова И. В. Панов В. П. Утилизация избыточных активных илов // Экология и промышленность России. 2001. № 12. С.29-30.
5. Кармазинов Ф. В. Опыт Водоканала Санкт-Петербурга по обработке и утилизации осадков // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Ч. 1. С. 13-15.
6. Ксенофонтов Б. С., Рожкова М. И. Обезвоживание и утилизация избыточного активного ила и осадков сточных вод // ЦБНТИ Минмедбиопрома. Обзорная информация. Серия: Защита окружающей среды, очистка стоков и выбросов, утилизация отходов, промышленная санитария и техника безопасности. 1987. № 1. С. 48.
7. Похил Ю. Н. Обработка осадка на ОСК г. Новосибирска // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Ч. 1.С. 21.
8. СанПиН 2.1.7.573-96. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения.
9. Туровский И. С. Водоснабжение и санитарная техника. 1986. № 7. С. 18-21.
10. Туровский И. С. Обработка осадков сточных вод. М. : Стройиздат, 1982. 223 с.
11. Тяжелые металлы в системе почва — растение — удобрение / под общ. ред. акад. МАЭН М. М. Овчаренко.
М. : Пролетарский светоч, 1997. 290 с.
12. Храменков С. В. Комплексное решение проблемы по разработке и внедрению современных технологий рекультивации территорий иловых площадок станций аэраций с возвращением выведенных из оборота земель // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Ч. 1. С. 17-20.
13. Шведова Л. В., Куприяновская А. П. Миграция кадмия и свинца в растениях при внесении в почву отработанного активного ила // Экология и промышленность России. 2004. № 10. С. 28-31.
14. Яковлев С. В., Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод : учебник для вузов. М. : АСВ, 2004. 704 с.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ ЭКОБИОЗАЩИТЫ ОТКРЫТЫХ ВОДОИСТОЧНИКОВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ СТОЧНЫХ ВОД ПТИЦЕВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
О. р. ильяСОВ,
доктор биологических наук, старший научный сотрудник, УрниВи рАСХн,
о. п. неверова,
кандидат биологических наук, УрГСХА,
е. в. печура,
кандидат ветеринарных наук, УрниВи рАСХн_________________________________________________
Положительная рецензия представлена И. А. Шкуратовой, доктором ветеринарных наук, профессором, директором Уральского научно-исследовательского ветеринарного института Россельхозакадемии.
Ключевые слова: сточные воды, гидропоникум, биофильтр, растительная ванна, зеленый корм. Keywords: sewage, гидропоникум, biofilter, vegetative bath, green forage.
Птицеводство — одна из важнейших и перспектив- Во всем мире эта отрасль продолжает свое интен-ных отраслей сельского хозяйства. сивное развитие, становясь для многих стран основным
