CC BY
3
7. Hery M. // Dragerheft. — 1991. — N 350. — S. 32-33.
8. Katsonyami K. // Bull. Environ. Hlth. WHO. - 1992. -Vol. 1, N 2. - P. 6.
9. Küetschi E. I. // Sonncnenbcrgie. — 1990. — Bd 17, N 5. — S. 22-24.
10. Nieding G., Jander K. // Schriftenr. Ver. Wasser, Boden, u. Lufthyg. - 1986. - N 69. — S. 1-289.
11. Nüsse! B. U Druckindustrie. — 1993. — Bd 23, N 11. — S. 73-80.
12. Ozon fördert Getreidekrankheiten // Umwelt Magazin. — 1989. - Bd 18, N 8. — S. 10.
13. Rinderknecht II.-R. // Druckindustrie. — 1993. — Bd 23. N 11. - S. 62-63.
14. Rüssel M. U Science. - 1988. — Vol. 241, "N 4871. - P. 1275-1276.
15. Schmittner II. // Tiefbau — Bemfsgenoss. — 1993. — Bd 105, N 8. - S. 549-552.
16. Studnicka M. et al. // Atemwegs. — u. Lungcnkr. — 1993. — Bd 19, N 5. - S. 1S8-189.
17. Wagner II. M. // Wiss. u. Umwelt. — 1991. - N 1. — S. 15-20.
Поступила 31.01.95
Гигиена воды, санитарная охрана водоемов и почвы
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1995 УДК 614.777:632.153]-074
Н. В. Русаков, Г. Е. Мерзлая, Р. А. Афанасьев, Н. А. Романенко, Г. И. Новосильцев
ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКОВ сточных вод В
ЗЕМЛЕДЕЛИИ
НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. Л. Н. Сысина, РАМН, ВНИИ удобрений и агропочвоведеиия им. Д. Н. Прянишникова, Институт медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марциновского, Москва
Рост городского населения, развитие промышленности сопровождаются увеличением объемов сточных вод и осадков сточных вод (ОСВ). Многообразие химического состава осадков, содержание в них токсичных веществ, в частности тяжелых металлов (ТМ), яиц гельминтов и патогенной микрофлоры, делает их использование для удобрения почвы небезопасным в эко-лого-гигиеническом отношении.
В индустриально развитых странах в среднем на одного жителя в год образуется около 19 кг сухого вещества ОСВ, или 52 г на человека в сутки, а в расчете на городского жителя — около 25 кг сухого вещества (табл. 1). В Российской Федерации с численностью 141 млн человек, в том числе городского 101 млн (по состоянию на
01.01.93), расчетный объем выхода сухого ОСВ оценивается ориентировочно в 2,5 млн т в год.
В разных странах значительная часть образующихся осадков сбрасывается в отвалы, используется в качестве грунта для заполнения горных выработок и оврагов, от 3 до 30% осадков сжигается. В качестве удобрения в среднем по указанным 13 странам используется 32,4% ОСВ. При этом в Люксембурге в сельском хозяйстве применяют 90% годового выхода ОСВ, в Швейцарии — 70%, Германии — 30%, Франции — 23%, Бельгии — 10%. В России на эти цели используется всего 4-6%.
Тем не менее использование осадков на удобрение и в нашей стране следует отнести к перспективным и эколого-гигиенически наиболее безопасным способам их утилизации, так как по
Таблица 1
Производство и использование ОСВ в ряде зарубежных стран [1]
Численность Производство, Утилизация. %
Страна населения, млн человек тыс. т сухого вещества в год сельское хозяйство сбрасывание в - отвалы сжигание сброс в океан специфическое использование
Швеция 8,3 210 60 30 - - 10
Финляндия 4,8 130 40 45 - - 15
Дания 5Д 130 45 45 10 - -
ФРГ 59,7 1950 38 50 8 2 2
Франция 54,3 510 23 46 31 - -
Бельгия 9,8 22 10 80 10 - -
Люксембург 0,4 11 90 10 - - -
Нидерланды 1,4 201 53 32 3 13 2
Ирландия 3,5 197 4 51 - 45 -
Великобритания 56,1 1240 45 29 3 23 -
Швейцария 6,5 120 70 30 - - •
Италия 57,2 800 20 60 - - 20
США 232,6 3200 25 * * . * *
Примечание. Звездочка — данные отсутствуют.
Содержание ТМ в ОСВ (в мг на 1 кг сухого вещества)
Элемент Курьяновская станция аэрации (Москва) Люберецкая станция аэрации (Москва) Красносельская станция аэрации (С.-Петербург) Очистные сооружения (г. Щекино) Сочи ПДК в странах Западной Европы Директивы ЕЭС Нормативы (но [3])
Мышьяк 19-86 10-100 20
Ртуть 1-6 1-11 6-10 16 15
Свинец 21-325 52-308 100 27 300-900 750 1000
Кадмий 8-167 24-175 60 0,9 6 8-15 20 30
Никель 56-305 160-880 ' 220 10 <100 26-500 300 400
Трехвалентный хром 278-4700 485-2870 910 2 40-1000 750 1200
Марганец 50-479 136-1860 305 810 500 2000
Цинк 2350-7900 2680-3700 1450 51 1662 2000-10 000 2500 4000
Медь 69-1740 1010-1410 1250 3 381 300-3000 1000 1500
содержанию ТМ часть ОСВ удовлетворяет агро-экологическим требованиям, в том числе и международным (табл. 2). Даже в таких промышленных центрах, как Москва и Санкт-Петербург, некоторые партии ОСВ содержат ТМ в количествах ниже ПДК.
Учитывая международный опыт, можно считать реальным использование не менее одной трети образующихся ОСВ, т.е. до 1 млн т в пересчете на сухое вещество.
В зависимости от методов предварительной обработки ОСВ их используют в сельском хозяйстве в жидком (влажностью 92-98%) или обезвоженном (влажностью 50-88%) виде. Жидкие осадки транспортируют и вносят на поля с помощью специальных автомобильных и тракторных цистерн или подают по трубопроводам в полевые хранилища с последующим использованием транспорта или оросительных систем.
Обезвоженные осадки вносят в почву обычными навозоразбрасывателями непосредственно перед заделкой их в почву отвальными плугами. На почве, удобренной ОСВ, возделывают кормовые или зернофуражные культуры: однолетние и многолетние травы, кукурузу, ячмень, овес и др. Выбор культур в составе кормовых севооборотов определяется зональными особенностями и потребностью хозяйств в кормах.
Наиболее сложным, экологически и гигиенически важным вопросом является определение доз и периодичности внесения ОСВ на поля. По химическому составу и действию на почвенное плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур они приближаются к навозу (табл. 3 и 4).
В пересчете на сухое вещество ОСВ содержат одинаковое с навозом количество углерода и общего азота, больше — фосфора, меньше — калия и значительно больше тяжелых металлов: кадмия — в 3-5 раз, хрома — в 5-6 раз, никеля — в 2-7 раз, цинка — в 5-10 раз, меди — в 10-20 раз. В
Таблица 3
Сравнительный состав ОСВ и навоза (в % на сырое вещество)
Вил удобрения Сухое вещество Азот общий Фосфор <Р205) Калий (К20) Органическое вещество (по углероду)
ОСВ 25 0,5 0,4 0,02 15
Подстилоч-
ный навоз 225 0,5 0,2 0,6 16
связи с этим применение ОСВ в качестве удобрения требует определенных ограничений с учетом содержания ТМ в конкретных их партиях.
Для обеспечения экологической безопасности почв в РФ приняты следующие ПДК (в мг/кг): свинца — 20 (сверх фона 12), кадмия — 5, мышьяка — 2, никеля — 35, цинка — 85, трехвалентного хрома — 100, шестивалентного хрома — 0,05, ртути — 2,1, сурьмы — 4,5, марганца — 1500, меди — 10 сверх фона, ванадия — 150, марганца + ванадия — 1000 + 100 [7]. На основании ПДК ТМ в почве определяется допустимое суммарное количество внесения ОСВ по формуле:
_ (0, 8ПДК - Ф) -3000
^общ ~
где Д0бщ — суммарная допустимая доза ОСВ, т сухого вещества на 1 га, ПДК — ПДК элемента в почве, мг на 1 кг сухой почвы, Ф — фактическое содержание элемента, мг на 1 кг сухой почвы, 3000 — коэффициент пересчета на массу пахотного слоя почвы площадью 1 га, К— содержание элемента в ОСВ, мг на 1 кг сухой массы, 0,8 — понижающий коэффициент, предусматривающий поступление ТМ из неконтролируемых источников — с пылью, атмосферными осадками, другими удобрениями.
Для некоторых типов почв (дерново-подзо-листых и серых лесных) в формулу вводятся другие понижающие коэффициенты, учитывающие их механический состав, кислотность, содержание гумуса. Однако эти коэффициенты еще недостаточно разработаны.
В связи с недостаточной разработанностью ПДК ТМ в почвах Госкомсанэпиднадзором России временно вводятся их ориентировочно допустимые концентрации — ОД К [6], учитывающие гранулометрический состав и кислотность (табл. 5). Данные нормативные показатели при-
Таблица 4
Влияние 4-летнего внесения ОСВ и навоза на плодородие песчаной почвы и продуктивность звена севооборота [14]
Удобрение PH«v, IV«yc. P2Os К20 Продуктивность, т/га к. сд.
мг/кг ПОЧВЫ
Почва до внесе-
ния удобрения 6,5 0,87 90 92
Навоз, 40 т/га 6,5 1,08 130 135 10,1
ОСВ, 40 т/га 6,5 1,20 150 127 9,5
ОДК ТМ и мышьяка в почвах с различными физико-химическими свойствами (валовое содержание, в мг/кг)
Группа почв
Никель Медь Цинк Мышьяк Кадмий Свинец
20 40 33 66 55 110 2 5 0,5 1,0 32 65
Кислые (суглинистые), pHHio <5,5
Близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые и глинистые),
рНно > 5,5 80 132 220 10 2,0 130
Примечание. Утверждены ГКСЭН РФ 27.12.94. Протокол № 12.
меняют при отсутствии ПДК для конкретной почвы.
При определении доз осадка с использованием ОДК данный показатель вводят в вышеприведенную формулу вместо ПДК ТМ.
Расчет ведут отдельно по каждому определяемому элементу, и допустимую дозу осадка устанавливают по токсиканту, ПДК (или ОДК) для которого в почве достигается в первую очередь, т. е. по минимальной Д0бщ- Исходя из общей допустимой дозы планируют внесение осадка с учетом его удобрительной ценности и потребности культур в удобрении. Обычно осадок применяют по технологии подстилочного или бесподстилочного навоза в зависимости от влажности.
Ограничением одноразовой дозы осадка служит допустимое содержание в нем минерального азота (сумма аммонийного и нитратного): под большинство сельскохозяйственных культур оно не должно превышать 200 кг/га/год, а при орошении — 300 кг/га (с учетом других источников поступления азота). При этом дозы OCB под отдельные культуры устанавливают с учетом их биологической потребности в азоте. Так, под озимые зерновые дают азота 120-140 кг/га, яровые зерновые — 90-110 кг/га, сахарную свеклу (фабричную) — 200 кг/га, однолетние травы — 120— 180 кг/га, кукурузу на силос и зеленый корм — до 240 кг/га [4, 7].
Дозы внесения осадков, обработанных известью, корректируют также по содержанию в них кальция во избежание нежелательного повышения рН почвенной среды. В этом случае расчет доз осадка ведут как содержащего известь материала по общепринятой методике [8].
ТМ, внесенные с осадками в почву, при их минерализации большей частью задерживаются в верхнем почвенном слое, главным образом в виде малоподвижных соединений. В результате различных биологических и физико-химических процессов ТМ частично поступают в почвенный раствор и транслоцируются в растения или подвергаются вымыванию. Подвижность ТМ в почве зависит от таких факторов, как гранулометрический состав, рН среды, содержание гумуса и др. Как правило, поглощение ТМ растениями возрастает со снижением в почвах доли илистых фракций, гумуса, повышением кислотности.
Известкование кислых почв, как показали опыты ВНИИ удобрений и агропочвоведения (ВИУА) [12], служит наиболее эффективным приемом снижения транслокационных коэффициентов ТМ, уменьшая их поступление в 2-3 раза и более.
Изучение миграции ТМ по профилю почвы показало, что внесение осадка в рациональных дозах практически не оказывает влияния на содержание их за пределами пахотного слоя (0— 25 см) суглинистых почв. На легких почвах отмечена их миграция до глубины 50 см. С учетом возможного передвижения токсикантов по профилю почвы не допускается внесение ОСВ на суглинистых и глинистых почвах при залегании грунтовых вод на глубине менее 1 м, песчаных и супесчаных — менее 1,25 м [10].
Органические загрязнители, поступающие с ОСВ в почву, подвергаются детоксикации как в почве, так и в растениях. Большинство органических загрязнителей разлагается в почве в течение 1-4 нед. При поступлении органических токсикантов в растения они обезвреживаются примерно за 2 нед. При этом процесс детоксикации интенсивнее протекает в надземных частях растений. Исследование поглощения 22 органических токсикантов, в том числе пестицидов, фуражными культурами, выращенными при удобрении ОСВ, показало их полное отсутствие в растениях к моменту уборки.
При использовании ОСВ в земледелии необходимо учитывать и возможность содержания в них возбудителей паразитарных болезней, прежде всего яиц геогельминтов.
Исследованиями, проведенными на очистных сооружениях г. Щекино Тульской обл., установлено, что в осадке, поступающем на иловые площадки, насчитывалось до 360 возбудителей паразитов в 1 л, включая яйца аскарид, власоглавов, онкосферы тенниид, цисты лямблий. Длительное (8-10 лет) хранение осадка на иловых площадках обеспечивает его полную дегельминтизацию и делает безопасным в эпидемиологическом отношении. Это снимает ограничения в использовании его в качестве удобрения в сельском хозяйстве.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что при расчете общей дозы ОСВ основным лимитирующим элементом служит кадмий. По Заключению Европейского регионального отделения ВОЗ, рассмотревшего вопросы, связанные с применением ОСВ в сельском хозяйстве, кадмий является наиболее опасным в экологическом отношении элементом. Другие элементы, а также органические загрязнители при. внесении ОСВ в дозах, не превышающих требования культур по азоту, не представляют серьезной опасности для здоровья человека, так как их поступление в организм незначительно или отсутствует [ 1 ]. Экологическая опасность при использовании ОСВ возникает лишь тогда, когда их применяют бесконтрольно. Наиболее часто встречающееся нарушение при использовании ОСВ: применение их без предварительной подготовки, систе-
Максимально допустимые уровни ТМ в кормах для сельскохозяйственных животных и птицы (в мг на 1 кг сухого вещества) [11]
Элемент Зерно и зернофураж Грубые и сочные корма
Ртуть 0,1 0,05
Кадмий 0,3 0,3
Свинец 5,0 5,0
Мышьяк 0,5 0,5
Медь 30,0 30,0
Цинк 50,0 50,0
Железо 100,0 100,0
Сурьма 0,5 0,5
Никель 1,0 3,0
Селен 0,5 1,0
Хром 0,5 0,5
Фтор 20,0 20,0
Йод 2,0 2,0
Молибден 2,0 2,0
Кобальт 1,0 1,0
матичсское внесение в повышенных и высоких дозах без соблюдения существующих регламентов, в том числе сильно загрязненных различными токсикантами.
Так как регламентация ТМ при расчете доз ОСВ ведется по валовому содержанию их в почвах и осадках, а растения используют только подвижные формы ТМ, необходима проверка содержания ТМ в растительной продукции. Максимально допустимые уровни ТМ в кормовых культурах приведены в табл. 6. Обычно наибольшие концентрации ТМ в растениях следует ожидать в год внесения осадка, поскольку легкодоступные формы ТМ используются в основном первой культурой. В последующие годы доступность ТМ определяется скоростью биохимического разложения труднодоступных соединений, преимущественно органических. Для снижения экологического риска осадки целесообразно вносить под зернофуражные культуры, так как в зерне накапливается наименьшее количество токсикантов, например ячмень с подсевом многолетних трав с использованием соломы на подстилку скоту и с внесением полученного навоза на других полях.
Следует иметь в виду, что растения обладают мощными механизмами защиты от вредного воздействия ТМ и положительно реагируют на применение осадка даже в сверхвысоких дозах. В вегетационных и микрополевых опытах ВИУА при замене почвы осадком Курьяновской станции аэрации (Москва) от 10 до 100% урожайность зерновых культур в среднем за б лет по сравнению с неудобренной осадком почвой повышалась на 120-400%, хотя в продукции, особенно в соломе, содержание ТМ также увеличивалось. Многолетние травы (ежа сборная) в этих же условиях в среднем за 5 лет повысили урожайность на 25-80%.
Применение растительной продукции, выращенной на корм скоту при внесении ОСВ, значительно снижает риск накопления ТМ в животноводческой продукции, так как животный организм обладает еще более мощными, чем расте-
ние, защитными функциями по отношению к токсикантам. Поданным [13], при содержании в пастбищном корме 5-10 мг/кг на сухое вещество кадмия, что многократно превосходит принятые в разных странах ПДК в кормах по данному элементу, накопление его в разных органах крупного рогатого скота по сравнению с контрольными животными было несущественным.
По данным отечественных и зарубежных рекомендаций [1-3, 5, 7, 9, 14], на почвах при отсутствии интенсивного техногенного загрязнения применяют от 7 до 10 т/га сухого вещества осадков, содержание ТМ в которых не превышает допустимых концентраций, с периодичностью раз в 5-7 лет. В этих случаях, как правило, выдерживаются все регламенты, обеспечивающие экологическую безопасность и необходимый эффект от удобрения.
Таким образом, регламентированное применение ОСВ под зернофуражные и кормовые культуры резко снижает или полностью исключает опасность влияния ТМ на здоровье человека.
Литература
1. Анализ существующего положения, оценка региональных особенностей и прогноз сельскохозяйственного использования осадков московских станций аэрации в хозяйствах Московской области / Под ред. Н. 3. Милащснко. — М., 1989.
2. Закон о технических шламах от 15.04.1992 г. ФРГ. С. 32-41.
3. Касатиков В. А. // Химизация сельск. хоз-ва. — 1989. — № 11.-С. 39-41.
4. Научные основы и рекомендации по эффективному применению органических удобрений (по зонам страны) / Мерзлая Г. Е. и др. — М., 1991.
5. Покровский С. Ф., Касатиков В. А. Использование осадка городских сточных вод в сельском хозяйстве. — М., 1987.
6. Почвы, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7. - 94 / Русаков H. В. и др.
7. Применение обработанных химическими реагентами осадков городских сточных вод в качестве удобрения: (Рекомендации). — Владимир, 1986.
8. Расширенное воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии Нечерноземья / Под ред. H. 3. Мила-щенко. - М., 1993. — С. 164-200.
9. Рекомендации по использованию осадков городских сточных вод в зеленом строительстве и сельском хозяйстве. — Л., 1987.
10. Санитарные правила устройства и эксплуатации земледельческих полей орошений № 4099-86. — М.. 1986.
11. Таланов Г. А., Хмелевский Б. II. Санитария кормов: Справочник. — М., 1991.
12. Шильников И. А. // Химизация сельск. хоз-ва. — 1991. — № 10. - С. 29-32.
13. Decker А. II., Chaney Я. L., Davidson J. К. // Inernational Grassl. Congress, 14-th. 1981. — P. 173.
14. Kutera J. Wykorzystanie scickow w rolnictwie. 2-е Wyd. — Warszawa, 1988.
Поступила 15.02.95
Summary. Exposure of humans to heavy metals and helminthic eggs during agricultural utilization of sewage sediments is discussed. Recommendations for reducing or completely eliminating the risk of human exposure to heavy metals are offered.
