CC BY
8
AFTERPURIFICATION AND TRANSFORMATION OF THE ALCOHOL
PRODUCTION WASTE IN SOIL
Chornokozinskу A.V., Salo T.L., Natalchuk A.M., Vashkulat N.P.
ДООЧИСТКА I ТРАНСФОРМАЦ1Я У ГРУНТ1 В1ДХОД1В ВИРОБНИЦТВА СПИРТУ
ЧОРНОКОЗИНСЬКИЙ А.В., САЛО Т.Л., НАТАЛЬЧУК О.М., ВАШКУЛАТ М.П.
ДУ "Центральна науково-дослщна лабораторiя якостi води та Грунлв" (ЦНЛ) 1нституту гiдротехнiки i мелюрацп УААН, ДУ "1нститут гiгieни та медичноТ екологií iM. О.М. Марзеева АМН УкраТни", м. КиТв
УДК 628.35:361:631.67
роблема утилiзацN вiдходiв, зокрема слчних вод спирто-вих заводiв, останнiми роками набувае все бТпьшого значен-ня [1-3]. Вирiшення ще'Т про-блеми надасть можливiсть за-побiгти забрудненню сiльсь-когосподарських земельних угiдь, навколишнього середо-вища у районах розташування спиртових заводiв. Зокрема, у рядi випадкiв мелясна барда не утилiзуеться i разом зi слч-ними водами скидаеться у вщстмники, де гние i забруд-нюе водш об'екти та повiтря. Однiею з альтернатив утилiза-цiТ стiчних вод (барди) спиртового виробництва е викори-стання Тх на полях для зро-шення та удобрювання сТпь-ськогосподарських культур, яю використовуються на корм тваринам [4]. Вщомо, що вбирна здатнiсть Грунту спри-яе трансформацп та знешко-дженню органiчних сполук i токсичних речовин слчних вод у Грунтк Найефективш-шою детоксикацiйною власти-вютю щодо знешкодження
ДООЧИСТКА И ТРАНСФОРМАЦИЯ В ПОЧВЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТА
ЧорнокозинскийА.В., Сало Т.Л., НатальчукА.М., Вашкулат Н.П.
В статье рассматривается возможность утилизации отходов (сточных вод) производства спирта на сельскохозяйственных угодьях с целью орошения и удобрения кормовых культур. В результате исследований установлено, что в процессе трансформации органо-биогенных веществ улучшается питательный режим почв, повышается урожайность. Наиболее экологически приемлемыми для орошения и удобрения являются сточные воды спиртовых заводов, очищенные с помощью новейших современных методов (биохимическое окисление органических загрязнений иммобилизованными анаэробными микроорганизмами). Неочищенные сточные воды, согласно разработанной технологии, предлагается использовать только с целью удобрения один раз в 2-4 года. Эффективное развитие технологий использования отходов спиртовых заводов в сельском хозяйстве способствует не только ресурсосбережению, но и предотвращает загрязнение окружающей среды.
© Чорнокозинський А.В., Сало Т.Л. Вашкулат М.П. СТАТТЯ, 2010.
Натальчук О.М.,
токсичних речовин i х1М1чних сполук характеризуются Грунти сушщаш, суглинисл, найменш ефективною — важ-ко суглинист та глинистк У зв'язку з цим ефективнють природноТ доочистки слчних вод запежить вщ мехашчного складу та вбирноТ здатност активного шару Грунту (0-60 см). Залежно вщ вказаних па-раметрiв Грунтом затримуеть-ся вщ 50% до 90% рiзноманiт-них оргашчних сполук, 1050% важких металiв та мiкрое-леменлв, суттево знижуеться БСК5 — до 70% [5]. Таким чином, у результат природноТ доочистки Грунтом вщбу-ваеться певна трансформа^я та знешкодження бюгенних та хiмiчних забруднювачiв, яю зосереджен у стiчних водах та в шших вiдходах спиртового виробництва.
Слщ вiдзначити, що найбшь-ше значення мае поглинання, що здмснюеться пiд дiею по-верхневих сил молекулярного та юнно-електростатичного походження, яке зумовлене властивютю мiкроорганiзмiв i кореневоТ системи рослин ад-сорбувати розчиннi у водi ко-риснi поживнi речовини. При цьому одночасно з процесами мшерашзацп вщбуваеться гу-мiфiкацiя органiчних речовин слчних вод, що пiдвищуе вмiст гумусу та потенцмну ро-дючiсть Грунту. Висока кшькють поживних речовин у вщходах спиртових заводiв обумовлюе необхщнють вико-ристання Тх для зрошення та удобрювання сшьськогоспо-дарських культур.
З метою полтшення якостi слчних вод, якi направляються для поливу та зменшення на-вантаження на Грунтово-вбир-ний комплекс, провадились експериментальн доспiдження
_ з технопогiТ очищення стiчних
вод спиртового виробництва за допомогою бiогазовоТ уста-
№ 1 2010 Environment & Health 32
О
AFTERPURIFICATION AND TRANSFORMATION OF THE ALCOHOL PRODUCTION WASTE IN SOIL ChornokozinskyA.V., Salo T.L., NatalchukA.M., VashkulatN.P.
A possibility of waste utilization (waste water) of the alcohol production on the agricultural land for the irrigation and fertilizer of forage crops is considered in the article. As a result of the research it has been determined that in the process of transformation of organic-and-biogenic substances a nutritional soil regime im-proves, crop capacity increases. Waste
water of the distilleries, purified with the help of the latest methods (biochemical oxidation of the organic contamination with immobilized anaerobic microorganisms), is the most ecologically appropriate for irrigation and fertilizer. According to the elaborated technology, it is proposed to use the non-purified waste water only for the fertilizer once in 2-4 years. Effective development of the technology for the use of the waste from the distilleries promotes not only the resource preservation but prevents the environmental contamination.
новки на ocHOBi бюреактора UASB (6ioxiMi4He окислення ор-гашчних 3a6pyn^Ba4iB iммoбi-лiзoвaними анаеробними мiкрooргaнiзмaми).
Трансформащя слчних вод спиртових зaвoдiв у фунт та вплив стчних вод на його агро-xiMi4^ i фiзикo-хiмiчнi показни-ки вивчали в умовах мкро-польових дослав, а також ли зиметричних дослщжень. Лiзи-метричний дослщ проводився у стацюнарних насипних мета-левих лiзиметрaх висотою 1,5 м, дiaметрoм 1,2 м. Досли ди були закпадеш на двох типах фунтв — чорноземах ти-пових малогумусних та арих люових Грунтах. Дослщження здiйcнювaли на двох культурах — соняшнику та кукурудзi на силос. Норма поливу встано-влювалася залежно вщ водо-потреби культури. Удобрю-вальний ociннiй полив неочи-щеними cтiчними водами пiд кукурудзу на силос становив 400 м3/га, а тд соняшник — 300 м3/га один раз на 2-4 роки. Зрошувальний полив очище-ними с^чними водами пiд кукурудзу становив 1500 м3/га (кожен полив по 500 м3/га), а пiд соняшник вщповщно 1200 м3/га i 400 м3/га. Повтор-нicть дocлiду чотириразова.
Схема дослщу включала тaкi вaрiaнти: контроль (без зро-шення); удобрювальний полив неочищеними cтiчними водами + фосфорш добрива; зрошен-ня очищеними cтiчними водами + фосфорш добрива.
Осюльки cтiчнi води спирто-вoдрiжджoвoгo виробництва у бiльшocтi випадюв мають низь-кий вмicт загального фосфору, тому для збалансованого живлення рослин у схему дос-лщу було додано фосфорш добрива (на зрошувальних ва-рiaнтaх).
У результaтi проведених дocлiджень (2002-2007 рр.) встановлено, що cтiчнi води за-
33 Environment & Health № 1 2010
3 Довкшля та здоров'я № 1-2010
вод1в спиртоводр1жджового виробництва належать до кате-горп ст1чних вод з високою удобрювальною ц1нн1стю. Дос-л1дження ст1чних вод спиртових завод1в у розр1з1 окремих областей (Ки'Твсько'Т, Харюв-ськоТ, ЖитомирськоТ, Терно-пТпьсько'Т, Вшницько'Т, Полтав-ськоТ та 1н.) показало, що кТпь-к1сть загального азоту у неочи-щен1й ст1чн1й вод1, яка пере-важно перебувае в ам1ачшй та н1тратн1й формах, сягае 1,6 г/дм3 (табл. 1).
З удобрювальних органо-б1огенних елемент1в у ст1чних водах спиртових завод1в най-б1льше м1ститься кал1ю (до 18 г/дм3). Невщ'емний компонент живлення рослин — фосфор мютиться у ст1чних водах у недостатнш к1лькост1 (0,031,04 г/дм3). Тому у дослщ1 удобрювальний полив ст1чни-ми водами провадився з дов-несенням фосфорних добрив у вщповщносл з потребою рослин у цьому елемент живлення.
Як видно з табл. 1, вмют ор-гано-б1огенних речовин у вщ-ходах виробництва спирту (ст1чних водах) не е стабТпьним I при використанн1 Тх для зро-шення та удобрювання сТпьсь-когосподарських уг1дь необхщ-ний постмний нагляд за Тх
трансформац1ею у фунт1 та як1-стю вирощуваноТ продукц1Т (корм для тварин).
Значна к1льк1сть сполук азоту (1,09-1,63 г/дм3), особливо калю (2,8-18,2 г/дм3), свщчить про низьку якють очистки ст1ч-них вод.
Дослщженнями виявлено, що при зрошенн1 неочищеними слчними водами вм1ст елемент1в групи азоту у фунт1 збТпьшуеться в 1,6-2,0 рази, а очищеними — в 1,3-1,5 рази, що полтшуе азотне живлення рослин. Але при полив1 такими стоками, особливо неочи-щеними, пом1чена тенденц1я до зб1льшення к1лькост1 штра-т1в у фунт1, що може призве-сти до пог1ршення якост1 вирощуваноТ продукц1Т. Тому по-ливи неочищеними ст1чними водами пропонуеться робити з певними штервалами (2-4 роки) I надалк Як показали досл1дження, вм1ст штрат1в у фунт1 стаб1л1зуеться. З метою запоб1гання накопичення над-лишку удобрювальних компо-нент1в, як1 можуть проявити токсичнють у фунт1 I прони-кнути у рослини, на баз1 екс-периментальних досл1джень нами встановлено показники Тхнього граничного вмюту у ст1чних водах, як1 наведено у табл. 2.
Таблиця 1
Середнш BMicT органобiогенних речовин у стiчних водах спиртових заводiв, г/дм3
Показник 2002 р. 2003 р. 2004 р. 2005р. 2006 р. 2007 р.
N 0,19 1,63 0,90 1,09 0,86 1,22
P 0,06 0,04 0,05 0,03 0,09 1,04
K 10,06 18,2 12,5 3,30 4,00 2,82
NO3' 0,26 0,28 0,35 0,22 0,32 0,18
NH4' 0,33 1,30 0,42 1,09 0,54 0,33
P2O5 0,06 0,03 0,07 0,03 0,12 0,13
K2O 4,55 8,35 6,25 2,40 1,42 3,21
-о-
На базi лiзиметричних до-слiджень провадилися спосте-реження за поживним режимом та динамкою удобрю-вальних речовин у Грунтк У результат лiзиметричних до-слiджень виявлено, що певна частина азоту вимиваеться з Грунту разом з фшьтрацмними водами переважно у найбшьш рухомiй формi — у виглядi нiтратiв. З метою зменшення кiлькостi нiтратiв у Грунт удоб-рювальнi поливи неочищеними стiчними водами здмснювали через два роки. У результат дослiджень встановлено, що вмют Ух у фiльтратi на цьому ва-рiантi не перевищував одержа-них даних варiантiв, що зрошу-вались очищеними стiчними водами. Щодо проведення по-ливiв очищеними слчними водами, слiд вiдзначити, що вмют штратв знаходився у них у межах вщ 21,8 мг/дм3 (кукурудза) до 29, мг/дм3 (соняшник), тоб-то не перевищував допустимих норм. У подальшi роки до-слiджень кiлькiсть нiтратiв зни-зилася до 16,6 мг/дм3 (соняшник) i 18,5 мг/дм3 (кукурудза), тобто були практично однако-вими показники Ух вмюту неза-лежно вiд вирощуваноУ сшьсь-когосподарськоУ культури.
Як було зазначено вище, з удобрювальних речовин у слч-них водах найбiльший вмiст калю, який значно перевищуе допустимi норми. Тому важли-ве значення мае його динами ка, характер накопичення у Грунтовому розчиш, Грунт та рослинах. Данi лiзиметричних дослiджень свiдчать про певне вимивання у бшьш глибокi го-ризонти калю — як загально-
го, так i у формi К20. Кiлькiсть калiю у фiльтратi лiзиметрiв при зрошеннi неочищеними стiчними водами у деюлька ра-зiв перевищуе його вмют у фшьтрат на варiантi з поливом водопровiдною водою. Так, у фтьтрацмних водах при зро-шеннi неочищеною стiчною водою максимальний вмют калю (загального) становив 10,8-23,8 мг/дм3, а при зро-шенш водопровiдною водою — 3,7 мг/дм3. ^сля перерви у поливах (2 роки) вмют загального калю у фшьтрат зменшився до 7,3-9,8 мг/дм3, що свщчить про його вимивання i подаль-шу мiграцiю у бшьш глибою го-ризонти Грунтового профшю (1,5 м). На варiантах зрошення очищеною водою кiлькiсть калю, що вимиваеться, дещо перевищуе його вмют у фшьтра-т, одержаному у лiзиметрах т-сля поливу водопровщною водою. У подальших дослiджен-нях виявлено, що в очищених стiчних водах вмют загального калю у 4-6 разiв менший, нiж у неочищених. Отож, очищення стчних вод згiдно з вказаною технолопею очистки дало мо-жливiсть значно знизити вмiст калю у стчних водах спиртового виробництва. Слщ зазначити, що полтшити тех-нологiю очистки щодо вмюту калю при дуже висоюй кшько-стi цього елемента у стчних водах досить проблематично, але поступово його вмiст в очищених стчних водах було доведено до межi граничного параметру — 2 мг/дм3 (дан щодо встановлених граничних параметрiв вщпрацьоваш на базi польових дослiдiв, врахо-вуючи, що кормовi культури, у т.ч. трави, потребують значноУ кiлькостi калiю). Калм е важли-вим матерiалом для живлення рослин i сприяе бюсинтезу ву-глеводiв, жирiв, бiлкiв, активи зуе дiю ферментiв, бере участь у фотосинтезк
Граничш параметри якост стiчних вод щодо навантажен-ня сполук азоту, фосфору, калю та Ух трансформацю у Грунт в основному дослiджували та перевiряли на основi спосте-
режень за поживним режимом Грунту, особливо за динамкою Ух у Грунт та рослинах з початку вегетаци та УУ закiнчення.
Пiсля проведення удобрювальних поливiв стiчними водами спиртового заводу чорно-зему типового малогумусного вiдбулися деякi змши у складi органобiогенних елементiв, переважно у бк полiпшення поживного режиму Грунту. Вмiст гумусу у верхньому шарi Грунту (0-20 см) перебував у межах 2,5-2,8%, а загального азоту — 0,12-0,18%
При зрошенш неочищеними стчними водами найбшьш по-мiтнi змiни у Грунт вщбувають-ся у вмют рухомих форм по-живних речовин — калю (К20) та штратв. Як показали спо-стереження за динамкою та трансформа^ею цих хiмiчних речовин, якась частина калiю вимиваеться у бшьш глибою горизонти (що пщтверджують лiзиметричнi дослiдження), але значно бшьша його кiлькiсть залишаеться у Грунт. При зро-шеннi неочищеними стчними водами кiлькiсть калiю рiзко пiдвищилась, особливо у шарi Грунту 0-20 см. Слщ вщзна-чити, що калм бiльш штенсив-но поглинаеться кореневою системою соняшника, тому вмют його у Грунт пщ ^ею культурою був майже наполовину меншим, шж пщ кукуруд-зою. Так, наприклад вмют калю (К20) у шарi Грунту 0-20 см пiд кукурудзою становив 132 мг на 100 г Грунту, а пщ со-няшником — 70 мг, вщповщно на контролi (без поливу) — 610 мг на 100 г Грунту.
У результат призупинення поливiв неочищеними стiчни-ми водами (2004-2005 рр.) кiлькiсть калiю у Грунт (шар 040 см) пщ кукурудзою у 2006 р. зменшилася до 73,0-95,0 мг на 100 г Грунту, а пщ соняшником — до 26,8-61,0 мг. Щодо штратв, то спостеркаеться Ух про-мивання у бшьш глибок горизонти, але бшьша Ухня частина поглинаеться рослинами, що пщтверджуеться лiзиметрич-ними дослiдженнями. Будь-якого збiльшення вмiсту ш-
Таблиця 2
Граничш параметри вмiсту удобрювальних речовин у стiчних водах спиртово-дрiжджового виробництва, г/дм3
Загальний азот (N) N03' N02' NН4' Загальний фосфор (Р) Загальний калм (К)
0,3 0,05 0,004 0,1 не лЫтуеться 2,0
№ 1 2010 еотшошшт & Иеаьти 34
-о-
тритного (N-NO2') та aмiaчнoгo (N-NH4) азоту у Грунт не зафк-совано. Амiaчний азот, вiрoгi-дно, звiтрюeтьcя у прoцеci зрошення. Рухомий фосфор (Р2О5) в основному затриму-еться у Грунт i поглинаеться рослинами.
Що стосуеться зрошення очищеними cтiчними водами, cлiд вщзначити, що майже вci показники хiмiчнoгo складу очищених cтiчних вод практично вщповщають встановленим граничним параметрам, i поли-ви цими водами е еколопчно безпечними. А щодо неочище-них cтiчних вод — можна зро-бити висновок, що удобрю-вaльнi поливи cлiд здмснювати з певними iнтервaлaми (2-4 роки), що пщтверджуеться дани-ми тривалих спостережень. Хоча пщвищений вмют К2О на вaрiaнтaх з поливами очищеними стчними водами ще збе-рiгaeтьcя, але тoкcичнicть калю при такому вмют його у Грунт не виявлено, тобто вмют його практично не перевищуе граничн параметри.
Таким чином, трансформа-щя органо-бюгенних речовин стчних вод спиртових зaвoдiв загалом мае позитивний характер, про що свщчить динамка поживного режиму Грунту. Накопичення нiтрaтiв та ка-лiйних сполук, яке може вини-кати у Грунт при зрошенн неочищеними стчними водами, можна запобкти шляхом дотримання рекомендацм та технoлoгií щодо Тх застосуван-ня. Щоб запобкти мiгрaцií хи мiчних сполук у Грунтoвi води, cлiд стежити за рiвнем за-лягання Грунтових вод та облаштування пoлiв зрошення. Найбшьш екoлoгiчнo прий-нятним е використання для зрошення сшьськогосподар-ських культур очищених стч-них вод спиртових зaвoдiв.
Прoведенi саштарно-еколо-пчш дocлiдження показали, що при використанн для пoливiв неочищених cтiчних вод спо-cтерiгaeтьcя суттеве забруд-нення Грунту у саштарно-ппе-нiчнoму вщношеннк Щодо па-тогенноТ мiкрoфлoри (у т.ч. сальмонели), дослщження показали, що у Грунт на вах до-cлiджених вaрiaнтaх вона вщ-сутня, також не виявлено яець геогельмштв. Загальна заб-рудненicть Грунту за показни-ками ЗМО та титр БГКП на дос-лщних дiлянкaх (полив очище-
35 Environment & Health № 1 2010
ною та неочищеною стчною водою) майже не вщр1знялася вщ контрольного вар1анту (без зрошення), тобто МАФАМ були у межах 8,5-104-9-105 КУО в 1 г Грунту, а титр БГКП — 1,00,01, що свщчить про вщносно безпечний стутнь небезпечно-ст1 цього середовища.
Таким чином, ц1 дослщження св1дчать, що при щор1чному проведены полив1в неочищеними ст1чними водами може вщбуватися певне забруднен-ня Грунту у саштарно-ппешч-ному вщношенш. Тому так1 поливи пропонуеться здмснюва-ти з пер1одичними Ытервала-ми — один раз на 2-4 роки. Загалом, як показали дослщження, зрошення та удобрення стчними водами спиртових завод1в не призвело до попр-шення якост сшьськогоспо-дарськоТ продукц1Т, росту та розвитку рослин. Щодо вро-жайност вирощуваних сТпьсь-когосподарських культур, слщ в1дзначити, що на вар1антах поливу неочищеними ст1чними водами, залежно вщ сТпьсько-господарськоТ культури, вона пщвищуеться у середньому на 25-50%, а очищеними — на 2030%, що вщповщае сТпьсько-господарським вимогам.
Висновки
1. Ресурсозберкаюча та еколопчно прийнятна утил1зац1я вщход1в спиртових завод1в у с1льському господарств1 мож-лива за умови дотримання ре-комендац1й з технолог1Т використання Тх для зрошення та удобрення сТпьськогосподар-ських (кормових) культур. Рекомендовано удобрювальний полив неочищеними стчними водами провадити з наванта-женнями 300-400 м3/га пщ тех-н1чн1 культури один раз на 2-4 роки, а очищеними стоками — 400-500 м3/га (вегетацмний полив — 1200-1500 м3/га).
2. Л1зиметричними дослщ-женнями виявлено позитивний вплив удобрювальних речовин на процеси формування азотного та калмного режим1в у чорноземному та с1рому люо-вому Грунтах. Розроблено па-раметри упередження ТхньоТ токсичноТ д1Т. Встановлено, що вмют загального азоту (Ы) у стчних водах спиртових заво-д1в не повинен перевищувати 0,3 г/дм3 (або 300 мг/дм3), н1-тратного — 50 мг/дм3, амошй-ного — 100 мг/дм3, а кТпькють загального кал1ю — 2 г/дм3.
3. Розроблена технолопя очищення стчних вод вироб-ництва спирту (бюх1м1чне оки-слення орган1чних забрудню-вач1в 1ммоб1л1зованими анае-робними м1кроорган1змами), а також природна Тх доочистка та трансформац1я х1м1чних забруднюючих речовин у Грун-т1, що забезпечують еколопчно прийнятну утил1зацю цих вщ-ход1в та охорону довк1лля.
Л1ТЕРАТУРА
1. Заболотна Г.М., Кошель М.1. П1дб1р продуктивноТ бактер1альноТ асоц1ацп для б1ох1м1чного очищення кон-центрованих стчних вод спиртзавод1в // Прац1 М1жна-родноТ науково-техн1чноТ кон-ференцп "Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технолопй та обладнання у харчову та пере-робну промисловють". — К., 1997. — 53 с.
2. Кошель М., Каранов Ю., Чабан Н. та Ы. Очищення стчних вод спиртзавод1в 1ммоб1ш-зованими м1кроорган1змами // Харчова I переробна проми-слов1сть. — 2000. — № 10. — С. 10.
3. Хоружий В.П., Хамад Ихаб Ахмад. Исследования процессов доочистки сточных вод на волокнистых пенополисти-рольных фильтрах // Проблеми водопостачання, водовщве-дення та гщравлки: Науково-техшчний зб1рник. — К.: КНУБА, 2006. — Вип. 6. — С. 75-79.
4. Хруслова Т.Н. Рекомендации по использованию сточных вод спиртовых заводов для орошения сельскохозяйственных культур. РТМ 33.04.012-77. — К.: УкрНИИ ГиМ, 1977. — С. 3-58.
5. Переробка мюьких стчних вод та використання Тх для зрошення кормових та техшчних культур. ВНД 33-3.3-01-98. — К.: Держводгосп, 1998. — 62 с.
Надiйшла до редакцп 25.05.2009.
О
