CC BY
60
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2000. Вып. 71.
Далее подставив в формулу (1) значение коэффициента постели, определяемое из выражения (2), можно определить коэффициент упругого основания для стеблей льна
k = QB / Ad. (4)
Выведенная зависимость показывает, что коэффициент упругого основания прямо пропорционален удельной нагрузке, ширине постели и обратно пропорционален абсолютной деформации стеблей льна при поперечном сжатии.
Получено 25.01.00.
УДК: 631.344.8
B. В. БУГАЕВ (СЗНИИМЭСХ)
C. Е. ВИТКОВСКАЯ, канд. биол. наук (АФИ)
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОСТА ИЗ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ В ОВОЩЕВОДСТВЕ ЗАЩИЩЁННОГО ГРУНТА
Показана необходимость комплексного подхода к решению проблемы рециркуляции твердых бытовых отходов (ТБО): разрабатываемые технологии использования ТБО для обогрева теплиц должны содержать инструкции по дальнейшей утилизации использованного биотоплива, при выполнении которых будет исключена опасность загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
Истощение природных ресурсов вызывает необходимость разработки ресурсосберегающих технологий, базирующихся на использовании нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Однако создание и внедрение таких технологий в сельском хозяйстве идет медленно. Между тем, тепличное овощеводство, являясь весьма
82
Раздел I. Растениеводство.
энергоёмкой отраслью, имеет большой потенциал внедрения ресурсосберегающих технологий, особенно в области обеспечения температурных режимов при выращивании продукции [1]. В связи с этим использование компоста из ТБО в овощеводстве защищённого грунта и в приусадебном хозяйстве имеет большое значение.
В России ежегодно образуется около 130 млн. м3 ТБО. Норма накопления ТБО за год в благоустроенных жилых зданиях составляет 0,96 м3/чел при плотности до 0,2 т/м3 [2]. ТБО представляют собой источник загрязнения окружающей среды, способствуя распространению опасных веществ. Вместе с тем они содержат в своем составе ценные компоненты, которые могут быть использованы в качестве вторичных ресурсов.
Существуют три основных способа обезвреживания ТБО: -складирование (захоронение) на свалках;
-сжигание;
-компостирование.
Самым распространенным в мире способом избавления от ТБО является захоронение их на свалках. В Великобритании на свалки отправляют 70% ТБО, в США - 78%, в Италии - 90%, а в Греции захоранивают практически все отходы [3].
Главной проблемой обезвреживания ТБО является их несор-тированность, высокая влажность, низкая теплотворная способность и, как следствие, невозможность соблюдения экологически безопасной технологии складирования на полигонах, компостирования, сжигания. Еще в начале 90-х годов на территории России работало до 7 мусоросжигательных заводов (МСЗ), расположенных во Владивостоке, Сочи, Пятигорске, Мурманске и Москве. Основным назначением сжигания является уменьшение объема ТБО. Выход золы и шлака составлял до 30% от массы сжигаемых отходов. В настоящее время работает лишь один мусоросжигательный завод в Москве. Выяснилось, что эти сооружения непомерно дороги, а их экологическая безопасность весьма сомнительна. Существенным недостатком технологического цикла всех действовавших МСЗ является недостаточная очистка выбрасываемых в атмосферу газов и золы от тяжелых металлов и диоксинов.
Морфологический состав ТБО, образующихся в Санкт-Петербурге и некоторых странах мира, представлен в табл. 1. [3].
83
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2000. Вып. 71.
Таблица 1
Морфологический состав ТБО, % от массы
Страна Бумага, картон Стекло Металл Поли- мерные мате- риалы Прочее
США 37 6,5 8 8 40,5
Япония 37 8 8 11 36
Германия 18 8 2,5 4,5 67
Италия 21,5 5,5 3 7 63
С. - Петербург 17 8 4,5 5,5 65
Как видно из таблицы, основные составляющие бытового мусора - бумага и пищевые отходы. Более половины из группы «прочее» в Санкт-Петербурге приходится на пищевые отходы. Специфические свойства органической фракции ТБО позволяют использовать его для получения компоста.
В общем, по стране промышленной переработке подвергается порядка 3% отходов, В конце 80-х начале 90-х годов на территории стран СНГ функционировали мусороперерабатывающие заводы в Москве, Санкт-Петербурге, Минске, Алма-Ате, Ташкенте и Баку. В Санкт-Петербурге ежегодно образуется около 5 млн. м3 ТБО [4], примерно 30% перерабатывается на заводах по механизированной переработке бытовых отходов МПБО-1 и МПБО-2. Основным продуктом переработки является компост.
Компост из ТБО в овощеводстве защищённого грунта используется как биотопливо для биологического обогрева грунта и воздуха при выращивании ранних овощей в парниках и теплицах с 60-х годов ХХ столетия [5, 6] (а не переработанные городские отбросы - гораздо раньше [7, 8]). Энергетическая ценность компоста приравнивается к конскому навозу. Свежий компост из ТБО характеризуется высоким биоэнергетическим потенциалом: 1 кг сухого вещества его при разложении выделяет 1050-1090 кДж [9]. Недостатком использования компоста в качестве биотоплива, является неуправляемость температурного режима его «горения» [1].
84
Раздел I. Растениеводство.
Предлагаемый нами способ применения компоста из ТБО для обогрева плёночных теплиц дает возможность регулировать скорости разогрева биотоплива и последующего его «горения» [1]. Он пригоден как для приусадебных хозяйств, так и для овощеводческих комплексов. Данный способ обогрева можно было бы широко использовать в овощеводческих хозяйствах Санкт-Петербурга: оценки показывают, что потенциальная потребность овощеводческих хозяйств в этом продукте 50-60 тыс. т., то есть 33-55% от общего количества выпускаемого заводами [10]. Однако основная масса производимого компоста остается невостребованной.
Основным ограничивающим фактором использования этого продукта в сельском хозяйстве . является повышенное содержание в нем тяжелых металлов (ТМ). Вопрос о том, что делать с «выкаткой» из теплиц остается открытым. Наши исследования показывают [11], что после использования компоста в качестве биотоплива, концентрация ТМ существенно возрастает (табл. 2) за счет разложения органической фракции. Вывоз «выкатки» на поля может привести к загрязнению почвы.
Таблица 2.
Изменение химического состава компоста из ТБО после его использования в качестве биотоплива*(на сухое вещество)
Показатель Компост до использования Биотопливо
Cr, мг/кг 260 292
Mn, мг/кг 149 305
Ni, мг/кг 80 75
Cu, мг/кг 206 271
Zn, мг/кг 1048 1907
Pb, мг/кг 479 1524
Fe, мг/кг 4844 17552
pH 7,9 7,2
Ca, % 5,5 9,9
N, % 1,16 0,84
Органическое вещество, % 75,8 28,6
*Компост изготовлен на СПб ГУП «Завод МПБО-2»
85
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ. 2000. Вып. 71.
Тем не менее, смесь тепличного грунта и биотоплива представляет собой органическое удобрение, которое содержит все элементы, необходимые для питания растений. Кроме того, включение использованного биотоплива в биологический круговорот позволило бы частично решить проблему рециркуляции отходов.
Компост из ТБО практически не используется для обогрева теплиц из-за недостатков системы сбора и переработки отходов. Огромное количество органического вещества остается невостребованным. Однако этот вопрос может быть частично решен путем жесткого нормирования доз и длительности внесения «выкатки» из теплиц в почву. При расчете допустимой дозы внесения компоста (или «выкатки») (ДДкомп.) в почву необходимо учитывать следующие показатели:
- концентрацию микроэлементов в почве до внесения компоста (Сфон);
- концентрацию микроэлементов в компосте (Скомп) ;
- предельные допустимые концентрации (ПДК) микроэлементов в почве в зависимости от механического состава и кислотности почвы (табл.3);
- количество лет (Т), в течение которых планируется вносить компост в почву на конкретном участке.
Для оценки ДДкомп. наложим ограничительное условие на линейную модель накопления элементов в почве при ежегодном внесении удобрений [12]:
через заданное время t = Т величина Сп < 0.8 ПДКп, тогда:
ДДкомп. = (0.8 ПДКп - Сфон) Мп / (Скомп. - Сфон) Т, (1)
где Сп -концентрация элемента в почве после применения компоста в течение t лет; Мп - масса 1 га почвы.
Таким образом, ДДкомп. является линейной функцией Сфон, каждого элемента. ДДкомп должна рассчитываться для тех микроэлементов, концентрация которых в компосте выше, чем ПДК для почвы. Лимитирующей дозой считается наименьшая из полученных значений ДДкомп. Наши оценки показали, что для компоста из ТБО «лимитирующими» элементами являются Pb, Zn, Cu.
86
Раздел I. Растениеводство.
Линейная модель учитывает только накопление элемента в почве при ежегодном внесении удобрений. Если принимать во внимание не только поступление элемента в почву, но и вынос его растениями и водами (фильтрующимися и поверхностными), то необходимо пользоваться экспоненциальной моделью накопления элемента в почве. Однако при этом необходимо знать общую константу (k) выноса элемента из почвы. Тогда ДДкомп. вычисляется по формуле:
ДДкомп. = 0.8 (ПДКп - Сфон) k Мп / (СЮмп. - Сфон) [1- exp(-kT)]. (2)
Оценки показывают [12], что величина k для тяжелых металлов составляет в среднем 0.05 год-1.
Таблица 3
Ориентировочные допустимые концентрации (ОДК с учетом фона, мг/кг) тяжелых металлов и мышьяка в почвах [13]
Почва Ни- кель Медь Цинк Мышь- як Кад- мий Сви- нец
а) песчаные и супесчаные; 20 33 55 2 0,5 32
б) суглинистые и глинистые рН КС1 < 5,5; 40 66 110 5 1,0 65
в)суглинистые и глинистые рН КС1 >5,5 80 132 220 10 2,0 130
Предлагаемый подход позволяет оценить, сколько лет в условиях конкретного хозяйства можно применять компост из ТБО в качестве биотоплива и удобрения без угрозы загрязнения почвы и продукции растениеводства тяжелыми металлами.
Таким образом, разрабатываемые технологии использования ТБО для обогрева теплиц должны содержать инструкции по дальнейшей утилизации использованного биотоплива, при выполнении которых будет исключена опасность загрязнения окружающей среды.
87
