CC BY
34
ИЗУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
УДК 628.169.7:628.381
НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ ОСАДОК СТОЧНЫХ ВОД - ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ УДОБРЕНИЕ-МЕЛИОРАНТ
В.И. Пындак, д.т.н., Е.А. Литвинов, д.с.-х.н., А.С. Межевова, аспирант Волгоградский государственный аграрный университет, e-mail: [email protected]
Разработан ферментно-кавитационный метод биоочистки сточных вод и глубокой переработки образующегося осадка до наноуровня. Метод отличается созданием микрокавитацион-ной среды для микроорганизмов, которые обеспечивают деструкцию органики. Наноструктури-рованная органика в переработанном осадке доступна корням растений и почвенной биоте. Наиболее важное свойство наноосадка - огромные сорбционные свойства. При внесении такого осадка в дозе 20 т/га, в острозасушливых условиях на светло-каштановой почве получены высокие урожаи озимой пшеницы. Наряду с осадком объектом полевых исследований была и глубокая основная обработка почвы. Сочетание глубокого чизелевания (37-40 см) и осадка дает высокий результат, но осадок необходимо вносить на поверхность поля в виде мульчирующего слоя. Благодаря этому осадок с сорбционными свойствами аккумулирует из атмосферы воздух и влагу. Проведены также опыты по использованию наноосадка в орошаемом земледелии. К осадку добавляли природный мелиорант - глауконит при соотношении осадка и глауконита 10:1. Установлено, что наноструктурированный осадок сточных вод обладает разносторонними свойствами и решает проблему влагосбережения.
Ключевые слова: осадок сточных вод, наноструктурированный осадок, переработка осадка, удобрение, мелиорант, сорбция.
NANOSTRUCTURED SEWAGE SLUDGE - HIGHLY-EFFECTIVE FERTILIZER-MELIORANT
Dr. Sci. V.I. Pyndak, Dr. Sci. E.A. Litvinov, PhD. student A.S. Mezhevova
Volgograd State Agrarian University, e-mail: [email protected]
Designed enzyme-cavitation method of bioremediation of waste water and deep processing of the resulting precipitate to the nanoscale. The method of creating different microcavitation medium for microorganisms, which ensure the destruction of organics. Nanostructured organic in processed sediment available plant roots and soil biota. The most important property of nanosediment - enormous sorption properties. When making such a pellet at a dose of 20 t/ha, high-arid conditions on light-brown soils are obtained high yields of winter wheat. Along with the precipitate was subject to field studies and deep primary tillage. The combination of deep chizel (37-40 cm) and the precipitate gives a good result, but the sediment is necessary to make the field on the surface of a layer of mulch. Due to this precipitate to accumulate sorption properties of air and atmospheric moisture. Also carried out experiments on the use of nanosediment in irrigated agriculture. To the residue was added natural melio-rant - glauconite at a ratio of sediment and glauconite 10:1. It is found that the nanosediment sludge has versatile properties and water-saving solves the problem.
Keywords: sewage sludge, nanostructured sediment, sediment treatment, fertilizer, meliorant, sorption.
Иловые осадки после биологической очистки хозяйственно-бытовых (канализационных) сточных вод служат объектом изучения многих авторов [17]. Считается, что иловые осадки - это нетрадиционные органические удобрения. Известно, что удобрение может быть отнесено к числу органических, если в нем количество органического вещества превышает 20%. В осадках этот показатель зависит от технологии и режимов переработки ис-
ходного «сырья» и составляет 40-60%. Но это непереработанная (некондиционная) органика. После использования осадка в качестве удобрения может происходить загрязнение почвы. Поэтому в рекомендациях предусматривается внесение осадка 1 раз в 3-4 года. Ряд авторов [2], считает целесообразным переработку осадка. Это достигается, в частности, компостированием осадков с использованием микробиологических препаратов [3], соче-
танием осадков и минеральных удобрений [4] и т.п.
В осадке фиксируется наличие тяжелых металлов (ТМ) - Zn, Си, Cd, №, Сг, количество которых, как правило, не превышает ПДК при нормах внесения в почву в дозах до 20 т/га [5]. Наличие ТМ в осадках - это следствие несанкционированного сброса в канализацию отходов производства промышленных предприятий. На очистных сооружениях городов с высокой культурой производства ТМ практически отсутствуют [6, 7].
«Свежий» осадок - это гелеобразная, экологически неблагоприятная субстанция влажностью 9899%. В таком виде осадок выгружают на иловые карты очистных сооружений, где скапливаются огромные «залежи» невостребованного продукта. Лишь в Подмосковье и в некоторых других регионах осадок сушат и сжигают в специальных энергоемких печах, пополняя неликвидные отходы. Использование осадка в качестве удобрения характеризуется величиной 1-4%.
Изучение осадков на очистных сооружениях города Волжский Волгоградской области показало (табл. 1), что на протяжении 5 лет - при хранении продукта на иловых картах - происходит снижение влажности до 76,7% и количества органического вещества с 63,8 до 46,3%, а также уменьшение практически всех компонентов - N P, К, S, ТМ. В осадке фиксируется недостаток калия (0,27-0,30%). На некоторых очистных сооружениях в осадке содержится патогенная микрофлора, в частности, яйца гельминтов.
Хотя физико-химические показатели осадков несколько улучшаются после длительного хранения (5-10 лет), ряд показателей и, прежде всего, количество органического вещества (46,3% после 5 лет хранения) подтверждают целесообразность переработки осадка и получения полноценного удобрения-мелиоранта. Нами разработан и внедрен не имеющий аналогов ферментно-кавитационный метод биологической очистки органосодержащих сточных вод и образующегося при этом илового
2. Результаты контроля физико-химических показателей осадка после переработки
Показатель Значение Фактическое
по НТД значение
рНка 5,5-8,5 6,7
Влажность, % > 82,0 35,0
Органическое вещество, % > 20,0 13,0-15,0
Азот общий, % > 1,0 2,54
Фосфор общий, % > 4,0 4,2
Калий общий, % > 0,3 1,25
Сера подвижная, мг/кг не нормируется 1950,0
осадка [8-10]. Новизной метода является формирование в обрабатываемом субстрате кавитации весьма низкой интенсивности (с числом кавитации К < 0,05) и поступление в биореакторы огромного количества «бесплатного» воздуха, кислород которого воздействует на органику.
При реализации нового метода достигается глубокая и комплексная переработка осадков: 1) мягкое механическое воздействие кавитационных микрокаверн на субстрат, который подвергается деструкции с высвобождением подлинной органики, при этом происходит уничтожение патогенной микрофлоры (при ее наличии); 2) создание посредством микрокавитационной среды комфортных условий для полезных микроорганизмов (ферментов), которые доводят деструкцию органики до на-ноуровня; 3) процессы интенсифицируются за счет аэробных условий - биохимического разложения органики путем воздействия кислорода и ионов нитратов; 4) метод отличается низкой энергоемкостью и формированием ферментами оптимальной температуры среды («40°С).
Известно [11], что ферменты производят расщепление молекул субстрата: «заглатывают» микрочастицы, активируют и посредством химической микрореакции разрушают их (обеспечивают деструкцию до наноуровня). Итогом глубокой переработки осадка является получение наноструктурированной органики (наноосадка) - 13-15% при влажности «35%, доступной корням растений и почвенной био-те; при этом возрастает количество общих форм (также доступных) N Р, К (табл. 2). Важным свойством наноосадка является высвобождение подвижной серы - до 2 г/кг, которая служит важнейшим источником питания растений. В осадке фиксируется также наличие биогенных микроэлементов и обменных катионов (Са2+, Mg2+ и др.).
Согласно ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 осадок (как удобрение) должен содержать не менее 20% органического вещества. Но глубоко переработанный осадок (наноосадок) трактуется как удобрение-мелиорант и сорбент. Его эффективность повышается при снижении количества органики.
За счет переработки илового осадка посредством ферментно-кавитационного метода до нано
1. Основные физико-химические показатели
осадков г. Волжского [8]
Показатель Осадок
«свежий» «средний» «3 года «старый» > 5 лет
Влажность, % 98,5 85,9 76,7
Органическое вещество, % 63,8 55,6 46,3
ХПК, г/м3 7960 6211 5424
рНкс1 8,0 7,8 7,1
Азот общий, % 3,4 2,9 2,5
Фосфор общий, % 2,8 2,1 1,8
Калий общий, % 0,30 0,28 0,27
Сера подвижная, мг/кг 223 187 123
Свинец, мг/кг 138,4 86,9 58,7
Кадмий, мг/кг 5,7 3,6 2,93
Цинк, мг/кг 1301,7 1224,4 1051,5
Медь, мг/кг 338,0 256,2 213,1
3. Эффективность использования удобрения-мелиоранта
Культура Урожайность, т/га Прибавка к контролю, %
контроль доза удобрения-мелиоранта доза удобрения-мелиоранта
20:2 40:4 20:2 40:4
Картофель 20,6 23,9 25,9 14 26
Соя 2,25 2,53 2,94 12 31
структурированного уровня получают органомине-ральный продукт, обладающий уникальными свойствами. Наиболее важное свойство наноосадка - его огромные сорбционные (адсорбционные) свойства. Это следствие наличия в переработанном осадке микроорганизмов, суммарная поверхность которых достигает 100 м2/г сухого вещества активного ила.
Наноосадок это не только удобрение, но и мелиорант, и сорбент. При внесении в почву такого продукта происходит аккумулирование из атмосферы воздуха и влаги, которые осадок удерживает даже в условиях острой засухи; достигается также разуплотнение почвы. В связи с этим наноосадок целесообразно вносить в виде мульчирующего слоя.
Имеются рекомендации по использованию «серийного» осадка для выращивания, прежде всего, технических культур [12, 13]. Наноструктурирован-ный осадок можно использовать под любые культуры. Наибольший эффект достигается на полупустынных и деградированных землях [14]. Имеют перспективу технологии выращивания и сохранения лесополос и молодых лесных насаждений.
Исследования эффективности удобрения-мелиоранта проводили на светло-каштановых почвах при возделывании озимой пшеницы Дон-93 в неорошаемых условиях и семенного картофеля и сои в орошаемых условиях острозасушливого климата Нижнего Поволжья [15]. Опыты выполнены на землях Нижне-Волжского НИИ сельского хозяйства (Волгоградская область) и Всероссийского НИИ орошаемого земледелия (г. Волгоград). В полевых опытах с озимой пшеницей наноосадок вносили в дозе 20 т/га. Объектами исследований была также основная обработка почвы: глубокое чизель-ное рыхление на 37-40 см и мелкая обработка посредством тяжелой дисковой бороны на глубину до 10 см. При традиционной технологии (без внесения осадка), в условиях острой засухи, урожай озимой пшеницы после мелкой обработки, без осадка составил 0,57 т/га; после глубокого чизельного рыхления, без осадка - 0,83 т/га. Мелкая обработка с наноосадком в виде мульчирующего слоя позволила получить урожай 4,93 т/га, а глубокое чизельное
рыхление с наноосадком - 4,68 т/га (осадок заделывали в почву с помощью комбинированного чи-зельно-отвального орудия на глубину 10-20 см).
В полевых опытах по возделыванию картофеля (сорт Ароза) и сои (сорт ВНИИОЗ-76) дозы осадка варьировали от 20 до 40 т/га. В связи с недостатком в осадках калия (табл. 1 и 2) в него добавляли глауконит (природный глауконитовый песок) в соотношении 10:1 [8, 11, 16]. Глауконит содержит 4-7% ^ и обладает определенными сорбционными свойствами, содержит микроэлементы, уменьшает жесткость воды, усиливает действие удобрений [17, 18]. Результаты эффективности использования удобрения-мелиоранта в сравнении с традиционной технологией (внесение минеральных удобрений под запланированную урожайность: под картофель N^80^80, под сою Nl20P80K60) представлены в таблице 3. Эффект от применения наноосадка отдельно и в композиции с глауконитом объясняется повышенным содержанием органики, макро- и микроэлементов в доступной для растений и почвенных микроорганизмов форме, а также высокими водоудерживающими свойствами.
Таким образом, наноструктурированный осадок - высокоэффективное сбалансированное по составу удобрение-мелиорант, его главная особенность - огромные сорбционные (водоудержи-вающие) свойства. Это подтверждается опытами по возделыванию пшеницы Дон-93 в неорошаемых условиях, в которых были получены урожаи 4-5 т/га, при этом в контрольных вариантах в связи с острой засухой урожаи по существу не состоялись. Наноосадок содержит доступную для растений и почвенной микрофлоры органику (при влажности 35%) на уровне 13-15%, общие формы азота и фосфора, подвижную серу и другие элементы питания. Это подтверждается опытами в условиях орошения при возделывании в короткоротационном севообороте картофеля и сои, в которых при внесении композиции осадок - глауконит в дозах 20:2 и 40:4 т/га прибавки к контролю составили 14-26% по клубням и 12-31% по зерну.
Литература
1. Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 311 с.
2. Аргунов Н.Д., Ватуева О.Б., Веселов В.М. и др. Некоторые свойства и особенности осадков сточных вод // Агрохимический вестник, 2013, № 4. - С. 39-43.
3. Касатиков В.А. Использование осадков городских сточных вод // Агрохимический вестник, 2013, № 4. - С. 44-46.
4. Байбеков Р.Ф., Мерзлая Г.Е., Власова О.А., Налиухин А.Н. Изучение удобрений на основе осадков сточных вод // Агрохимический вестник, 2013, № 6. - С. 28-30.
5. Куликова А.Х., Захаров Н.Г., Починова Т.В. Применение осадков сточных вод в качестве удобрения в сельском хозяйстве Ульяновской области // Агрохимический вестник, 2010, № 5. - С. 32-35.
6. Шуравилин А.В., Сурикова Н.В. Опыт удобрения почв осадком сточных вод в Московской области // Агрохимический вестник, 2006, № 1. - С. 24-27.
7. Шуравилин А.В., Овчинников А.С., Бородычев В.В. и др. Эффективное использование сточных вод и их осадков для орошения и удобрения сельскохозяйственных культур. - Волгоград: ИПК «Нива», 2009. - 636 с.
8. Пындак В.И., Новиков А.Е. Нетрадиционные удобрения и короткоротационные севообороты при возделывании сои и картофеля // Аграрная наука, 2013, №12. - С. 18-19.
9. Овчинников А.С., Пындак В.И. Развитие учения об агротехнической мелиорации земель // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса, 2014, № 3. - С. 158-168.
10. Пындак В.И., Степкина Ю.А. Проблемы и перспективы биоинженерного машиностроения (на примере развития методов переработки стоков) // Проблемы машиностроения и автоматизации, 2013, № 4. - С. 44-47.
11. Помогаев Е.Ф. Разработка технологии переработки накопленных осадков сточных вод и их использование с глауконитом в качестве удобрений в условиях орошения: Дисс. к.т.н. - Волгоград, 2011. - 148 с.
12. Храменков С.В., Козлов М.Н., Щеголькова Н.М. и др. Использование почвогрунтов с внесением осадков сооружений очистки сточных вод и водоподготовки для выращивания технических культур // Водоснабжение и санитарная техника, 2012, № 10. - С. 72-77.
13. Патент № 2497784. Способ получения техногенного почвогрунта и техногенный почвогрунт. / С.Ю. Карев, И.С. Прохоров, А.А. Типцов; опубл. 01.06.2012.
14. Пындак В.И., Новиков А.Е., Межевова А.С. Возрождение плодородия полупустынных и деградированных земель // Альманах-2013. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2013. - С. 45-49.
15. Пындак В.И., Степкина Ю.А. Эффект микромелиорации и гумификации при использовании в качестве удобрения илового осадка // Международный сельскохозяйственный журнал, 2008, № 3. - С. 56-57.
16. Патент № 2444889. Способ возделывания картофеля / В.И. Пындак, Ю.А. Степкина, А.Е. Новиков, Е.Ф. Помогаев [и др.]; опубл. 20.03.2012.
17. Пындак В.И., Новиков А.Е. Природные мелиоранты на основе кремнеземов и глиноземов // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса, 2015, № 2. - C. 73-76.
18. Патент № 2529705. Удобрение-мелиорант / В.И. Пындак, А.Е. Новиков; опубл. 27.09.2014.
УДК 631.879.2:633.11
ВЛИЯНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД НА ПЛОДОРОДИЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ЧЕРНОЗЕМА И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
Р.Р. Газизов, к.с.-х.н., А.Х. Яппаров, д.с.-х.н., Л.М.-Х. Биккинина, к.с.-х.н., Суханова И.М., к.б.н.
Татарский НИИ агрохимии и почвоведения, e-mail: [email protected]
Показано использование осадков сточных вод (ОСВ), как нетрадиционного удобрения, при этом в полевом опыте использовали ОСВ станции очистки г. Набережные Челны ОСВ-1 и ОСВ-2, прошедшие процесс термофильного анаэробного сбраживания в метантенках на протяжении 10-12 суток при температуре 53-55°С и обезвоженные в течение 8 лет в иловых картах с дренажем. Определение содержания металлов показало, что максимальные показатели в ОСВ-1 и ОСВ-2 установлены для цинка. В ОСВ-2 содержание этого элемента почти в 3 раза больше, чем в ОСВ-1. Необходимо отметить, что в ОСВ-2 содержание практически всех видов тяжелых металлов несколько выше, чем в ОСВ-1, однако в обоих видах значения не превышали ПДК. Исследованиями по изучению воздействия ОСВ на показатели плодородия выщелоченного чернозема Предволжья республики Татарстан установлено, что повышение дозы ОСВ-1 и ОСВ-2 с 30 до 40 т/га вело к увеличению содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве, отмечен рост суммы поглощенных оснований. Максимальная урожайность зерна яровой пшеницы (2,79 т/га) получена в варианте с ОСВ-2 при внесении в дозе 40 т/га.
Ключевые слова: ОСВ, чернозем, плодородие, яровая пшеница, урожайность.
INFLUENCE OF SEWAGE SLUDGE ON FERTILITY OF LEACHED CHERNOZEM
AND YIELD OF SPRING WHEAT
PhD. R.R. Gazizov, Dr. Sci. A.Kh. Yapparov, PhD. L.M.-Kh. Bikkinina, PhD. I.M. Sukhanova
Tatar Scientific-Research Institute for Agrochemistry and Soil Science, e-mail: [email protected]
