CC BY
119
УДК 628.381.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ
В.Х. Валеев, Ю.В. Сомова, В.А. Сомов
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, 455000, Россия, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, valeevvh@yandex.ru
В статье представлена технологическая схема очистных сооружений Правобережного района г. Магнитогорска. Приведены результаты исследований химического состава образующихся осадков и расчеты о возможности их использования в качестве сельхозудобрения с учетом эколо -гического состояния района, что позволит снизить негативное воздействие карт хранения осадков на окружающую среду и улучшить состояния поверхностных вод реки Урал в районе очистных сооружений.
Ил. 1. Табл. 7. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: сточные воды; очистные сооружения; осадки сточных вод; класс опасности; тяжелые металлы; сельскохозяйственное удобрение.
ANALYSIS OF USE WASTE WATER MIUD OF TREATMENT PLANT AS FERTILIZER
V.H. Valeev, J.V. Somova, V.A. Somov
Nosov Magnitogorsk State Technical University,
38 Lenin St., Magnitogorsk, 455000, Russia, valeevvh@yandex.ru
The article presents a flow chart of treatment facilities of Pravoberezhny District of Magnitogorsk. The results of studies of the chemical composition of precipitation and the resulting calculations shows the possibility of their use as fertilizers in agriculture, taking into account the ecological state of the area, which will reduce the negative impact of sediment storage cards on the environment and improve the condition of the surface water of the Ural River in the area of sewage treatment plants. 1 figure. 7 tables. 3 sources.
Keywords: waste water, treatment plant, waste water mud,hazard class, heavy metals, agricultural fertilizer. ВВЕДЕНИЕ
Правобережные очистные сооружения расположены в Орджоникидзевском районе г. Магнитогорска и представляют собой станцию биологической очистки сточных вод, предназначенную для очистки хозяйственно-бытовых стоков и стоков промпредприятий, расположенных в правобережной части города от минеральных, органических и бактериальных загрязнений методом биохимического окисления и состоят из комплекса отдельных сооружений, в которых по ходу движения сточная вода постепенно очищается сначала от крупных, а затем от все более мелких загрязнений, находящихся в нерастворенном и растворенном состояниях.
Технологическая схема очистных сооружений представлена на рис. 1.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Изучались три вида осадков сточных вод правобережных очистных сооружений:
-- осадок из первичных отстойников первой очереди;
-- избыточный активный ил; - осадок с иловых площадок. Химический состав осадков определялся в усредненных высушенных пробах, отобранных в июне 2014 г. По стандартным методикам в пробах определялись основные характеристики осадков - валовое содержание нефтепродуктов, биогенных элементов и микроэлементов, а также содержание подвижных форм микроэлементов и анионов.
Оценка класса опасности осадка сточных вод производились в соответствии с рекомендациями
[2], а расчет теоретически допустимых доз внесения осадка в почву в соответствии с рекомендациями [1,3].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Химический состав осадков. Химический состав осадков по общему содержанию и подвижным формам элементов приведен в таблицах 1 и 2.
Анализ результатов определений состава осадков показывает, что по всем контролируемым токсичным соединениям за исключением нефтепродуктов, осадок Правобережных очистных сооружений может быть использован для переработки в сельскохозяйственное удобрение. По содержанию органики и биогенных элементов осадок сопоставим с навозом КРС.
Содержание нефтепродуктов в осадке может быть снижено до требуемых нормативов в процессе подготовки осадка к сельскохозяйственному использованию.
Определение класса опасности осадков. Класс опасности отходов (осадка) при механической и биологической очистке сточных вод по степени возможного вредного воздействия на
окружающую природную среду при непосредственном или опосредованном воздействии отхода на неё определяли в соответствии с [2]. В таблице 3 приведены критерии класса опасности осадка для окружающей среды.
Отнесение осадков сточных вод к классу опасности для окружающей природной среды осуществляли расчётным методом на основании показателя (К), характеризующего степень опасности отхода, рассчитанного по сумме показателей опасности компонентов осадка (К).
Показатель степени опасности /-oro компонента отхода (К) рассчитывали по формуле:
К = С/ w, (1)
где С - концентрация /-ого компонента опасного отхода, мг/кг; wi - коэффициент степени опасности /'-ого компонента опасного отхода, мг/кг.
Значение коэффициента степени опасности ( Wi) принимали по Приложению 2 [2].
Показатель степени опасности отхода (К) рассчитывали по следующей формуле:
К = КХ+К2+ .....+ Кп, (2)
где К, К2.... Кп - показатели степени опасности отдельных компонентов отхода для ОПС.
Результаты расчета показателя степени
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема очистных сооружений
Таблица 1
Химический состав осадков сточных вод в мг/кг (на сухое вещество)
Показатель Норма по СанПиН 2.1.7.573.96 Из первичных отстойников Активный ил С иловых площадок
Органическое вещество, % не менее 20 73,70 74,30 19,03
Кислотность, рН 5,5-8,5 6,50 6,90 7,20
Углерод органический - 581500,00 577100,00 126100,00
Нефтепродукты - 54,10 70,87 1069,00
Азот общий (Ы) - 24591,70 38399,20 8274,72
Фосфор общий (Р205) - 14234,00 23800,00 4671,20
Калий (к2О) - 25722,00 40000,00 1429,80
Кальций (Са) - 34000,00 14400,00 36000,00
Магний (Мд) - 29900,00 3980,00 21600,00
Свинец (РЬ) 1000 0,553 0,491 30,51
Мышьяк (Аэ) 20 4,03 3,122 1,441
Ртуть (Ад) 15 2,21 3,10 2,33
Кадмий 30 2,21 3,10 2,00
Никель (№) 400 398,00 247,00 110,40
Хромобщий(Сг) 1200 3,124 1,158 0,309
Цинк (2п) 4000 1298,20 1394,10 1144,70
Медь (Си) 1500 101,50 129,70 58,80
Кобальт (Со) - 3,64 3,63 11,12
Таблица 2
Химический состав осадков сточных вод по подвижным формам микроэлементов
в мг/кг (на сухое вещество)
Показатель ПДК тяжелых металлов в почве Из первичных отстойников Активный ил С иловых площадок
Хлор (С1) - 1295,000 1550,000 160,000
Сульфаты (Э04) - 263,000 2832,500 12865,000
Магний (Мд) - 960,000 1260,000 990,000
Медь (Си) 3,0 13,250 10,850 1,640
Никель (№) 4,0 <1,950 <2,350 0,475
Цинк (2п) 23,0 26,450 21,650 0,349
Хром общий (Сг) 6,0 <1,100 <1,400 0,137
Кадмий - <1,300 <1,400 <0,100
Кобальт (Со) 5,0 <1,300 <1,400 <0,150
Свинец (РЬ) 6,0 <1,300 <1,400 <0,150
Серебро(Ад) - <0,013 <0,014 <0,0015
Мышьяк (Аэ) - <0,260 0,140 <0,0150
опасности отхода (К) приведены в табл. 4.
Результаты выполненных расчётов (табл. 4) показывают, что суммарный показатель степени опасности К = 13,802 > 10. Сравнивая полученное значение с табличными значениями (табл. 5) можно сказать, что осадок сточных вод Правобережных очистных сооружений относится к малотоксичным отходам IV класса опасности.
Отнесение осадков сточных вод к классу опасности по показателю степени опасности отхода (К) осуществляли в соответствии с табл. 5.
Расчет теоретически допустимых доз внесения осадка в почву. Район г. Магнитогорска
расположен в степной зоне. Почвы района представлены в основном обыкновенным суглинистым черноземом с содержанием гумуса 4-5%. Почвы имеют относительно малые запасы азота и более высокое содержание фосфора и калия, рН почв равно 6-7.
По агротехническим характеристикам почв рекомендуемыми перспективными видами органических удобрений для них являются навоз и компосты. Этот анализ по качественному составу почвенного покрова районов прилегающих к городу Магнитогорску сделан на основе карты экологического состояния территориальных комплексов
Челябинской области (составлена отделом НТИ и ЭПО Челябинского областного комитета по экологии и природопользованию).
Выполненный выше расчет показал принципиальную возможность использования осадка сточных вод Правобережных очистных сооружений в качестве сельскохозяйственных удобрений. Однако необходимо учитывать то обстоятельство, что осадок содержит токсичные загрязнения и поэтому необходимо нормировать количество осадка, вносимого в почву, с учетом содержания в ней тяжелых металлов. Теоретически допустимую дозу осадка, которая может быть внесена в почву с учетом сказанного, определяли по формуле:
Дтм = (0,8ПДКп - Ф) ■ 3000/Стм,, (3)
где Дтм - теоретически допустимая доза по сухому веществу, т/га; Стм - концентрация тяжелого металла в осадке, мг/кг.
Фоновые значения содержания тяжелых металлов в почвах в районе г. Магнитогорска и в почвах степной зоны России приняты на основе анализа литературных источников (работы Института минералогии УрО РАН и Почвенного института им. В.В. Докучаева). Результаты расче-по формуле (3) представлены в табл. 6.
Из анализа приведенных в табл. 6 данных следует, что лимитирующим элементом для рассматриваемого случая является цинк, и соответственно, теоретически допустимая доза осадка, которая может быть внесена в почву (Дтм) составляет 56 т/га.
Критерии класса опасности для окружающей природной среды
Таблица 3
Степень вредного воздействия опасных
отходов к классу опасности для ОПС
Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для ОПС
Класс опасности отхода для ОПС
Очень высокая Высокая
Средняя
Низкая Очень низкая
Экологическая система необратимо нарушена, период восстановления отсутствует Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия Экологическая система нарушена.
Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее трёх лет
Экологическая система практически не нарушена
I класс Чрезвычайно опасные
II класс Высокоопасные
III класс Умеренноопасные
IV класс Малоопасные
V класс Практически неопасные
Расчёт класса опасности отхода
Таблица 4
Название компонента С, (мг/кг) W^Mr/кг) К
Массовая доля влаги, %. 47,83 1000000,000 0,0000478
Потеря массы при прокаливании, % 26,60 1000000,000 0,0000266
Нефтепродукты 1069,00 3162,278 0,338
Кальций (Ca) 36000,00 11188,722 3,217
Калий 1429,80 1000000,000 0,014
Магний 21600,00 20691,381 1,044
Хром общий 0,309 426,216 7,249
Медь 58,00 1930,698 0,030
Никель (N0 110,40 1930,698 0,057
Фосфоробщий 4671,20 9182,543 0,509
Свинец^) 30,51 153,174 0,198
Цинк ^п) 1144,70 1185,971 0,965
Кадмий 2,00 26,900 0,074
Мышьяк 1,441 55,000 0,0262
ИТОГО: 13,802
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ, 2015, №3(14) Определение класса опасности отхода
Таблица 5
Класс опасности отхода Степень опасности отхода для окружающей природной среды (К)
I 106 > К > 104
II 104 > К > 103
III 103 > К > 102
IV 102 > К > 10
V К < 10
Таблица 6
Определение допустимых доз внесения осадка в почву
Содержание элемента в осадке, с Ст.м. ПДК элемента в почве, валовое Фоновое Фоновое Допустимая Теоретически
Наименование содержание элемента в содержание элемента доза внесения допустимая доза осадка
элемента почве в районе г. Магнитогорска в почвах степной зоны России элемента в Дмакс.. вносимого в почву,
мг/кг сухого вещества
Свинец (РЬ) 71,00 130,0 60,0 10,00 132,0 1859
Мышьяк (Аэ) 1,40 10,0 7,0 50,00 3,0 2142
Ртуть (Ад) 4,03 2,1 1,2 0,01 0,3 372
Кадмий 3,10 2,0 1,5 0,50 72,0 97
Никель (№) 398,00 80,0 60,0 40,00 30,0 181
Хром общий (Сг) 3,10 100,0 70,0 20,00 78,0 9677
Цинк (2п) 1394,00 220,0 200,0 50,00 18,0 56
Медь (Си) 129,00 132,0 100,0 20,00 18,0 139
Кобальт (Со) 11,20 20,0 15,0 8,00 3000,0 270
ВЫВОДЫ
Выполненные исследования показали принципиальную возможность использования осадка сточных вод Правобережных очистных сооруже-
1. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений. М.: Госстандарт России, 2001.
2. Приказ Министерства природных ресурсов Российской Федерации № 511 от 15.06.2001 «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для
ний в качестве сельскохозяйственных удобрений. Допустимая доза осадка, вносимого в почву, составляет 56 т/га.
КИЙ СПИСОК
окружающей природной среды» // М.: СПС Кон-сультантПлюс, 2001.
3. СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения. М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997.
1. GOST R 17.4.3.07-2001. Okhrana prirody. Pochvy. Trebovaniya k svoistvam osadkov stochnykh vod pri ispol'zovanii ikh v kachestve udobrenii [State Standard of the Russian Federation 17.4.3.7-2001. The Nature Conservancy. Soils. Requirements for the properties of sewage sludge when used as a fertilizer]. Moscow, Izd-vo standar-
tov Publ., 2001.
2. On the approval of the criteria for classifying the waste classified as dangerous for the environ-
ment. Approved by the Ministry of Natural Resources RF. Moscow, 2001. (In Russ.)
3. SanPiN 2.1.7.573-96. Gigienicheskie trebovaniya k ispol'zovaniyu stochnykh vod i ikh osadkov dlya orosheniya i udobreniya [Sanitary rules and norms 2.1.7.573-96. Hygienic requirements for the use of wastewater and sludge for irrigation and fertilization]. Moscow, Information and Publishing Center Russian Ministry of Health, 1997.
Поступила в редакцию 25 июня 2015 г.
После переработки - 21 сентября 2015 г.
