CC BY
94
УДК. 504.4.054.001
А. Б. Солодкова, Н. А. Собгайда, И. Г. Шайхиев ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ И В РАСТЕНИЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОТРАБОТАННОГО АКТИВНОГО ИЛА
Ключевые слова: химический состав почвы, отработанный активный ил, утилизация отходов, органоминеральные удобрения.
Исследовано содержание химических элементов в почве и в составе растений, выращенных на земляных участках с использованием и без органоминеральных удобрений из отработанного активного ила.
Keywords: chemical composition of the soil, waste activated sludge, waste, organic-fertilizer.
The content of chemical elements in the soil and in the plants grown in the ground stations with and without organic fertilizers from waste sludge.
В современных условиях сельскохозяйственного производства существует дефицит удобрений (в целом по Российской Федерации около 400 млн. т/год). В связи с этим возникает целесообразность использования дополнительных источников органических удобрений, например избыточного активного ила от биологической очистки сточных вод. Ежегодно объемы их накопления превышают 30 млн. т.
Отработанный активный ил (ОАИ) относится к многотоннажным отходам II класса опасности, утилизация которого затруднена из-за высокого содержания в нем нефтепродуктов, соединений тяжелых металлов и других токсичных поллютантов [1].
Известно, что ОАИ содержит большое количество питательных веществ, (сухое вещество ОАИ содержит 37-52% белков, 20-35% аминокислот, жиры, углеводы, а также витамины группы В), которые позволяют использовать его в качестве органоминерального удобрения, что является одним из наиболее экономически выгодных путей его утилизации. Данное обстоятельство обуславливается содержанием в нем физиологически сбалансированного количества микро- и основных биогенных элементов, необходимых для развития растений.
Однако использование ОАИ в качестве органоминерального удобрения требует осторожного подхода и строгого соблюдения сроков внесения в почву. При использовании ОАИ следует строго соблюдать принцип: соответствие активного ила требованиям СаНПиН 2.1.7.573-96; ГОСТ Р17.4.3.07-2001 и типовому технологическому регламенту использования осадков сточных вод (ОСВ) в качестве органического удобрения [2-4].
В соответствии с требованиями «Типового технологического регламента использования осадков СВ в качестве органических удобрений» (Минсельхоз РФ, 2000), влажность осадков, утилизируемых в качеств удобрений, должно быть не выше 85%. В соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.573-96 влажность осадков не должна превышать 82 %. Влажность во всех исследованных пробах осадков, подсушенных в естественных условиях на иловых площадках ОАО «Саратовского нефтеперерабатывающего завода» (СарНПЗ), выше нормативного порога и колеблется в пределах 94-97
В более ранних работах [5, 6] предложены альтернативные технологии обезвреживания ОАИ, взятых на исследование с иловых площадок ОАО «СарНПЗ». В работе [6] показана возможность использования полученного продукта в качестве органоминерального удобрения для сельского хозяйства. Данный продукт исследовался как в чистом виде, так и в смеси с опилками и шелухой пшеницы. Наиболее высокие результаты по урожайности пшеницы обыкновенной (Triticum aestivum) и фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L) получены при использовании в качестве органоминеральных удобрений (ОМУ) обезвреженного отработанного активного ила (ООАИ) (30%) в смеси с опилками (70%).
Известно, что в России использование ОСВ в качестве удобрения допускается после его обезвреживания согласно СанПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения». В целях исключения опасности загрязнения почв, сельскохозяйственной продукции и окружающей среды тяжелыми металлами осадки сточных вод, используемые как удобрения, должны анализироваться на содержание свинца, кадмия, хрома, меди, ртути и цинка. СанПиН 2.1.7.573-96 запрещает применение осадков сточных вод и компо-стов из них, если внесение этих удобрений повысит уровень загрязнения почв до 0,7-0,8 ПДК [7]. Поэтому необходимо знать не только количественное содержание токсичных элементов в используемых удобрениях, но и в исходной почве, а также отслеживать содержание токсичных элементов в растениях, выращенных на данных видах почвенных композиций.
В соответствии с вышеизложенным цель данной работы заключалась в изучении химического состава почвы и растений при использовании ОАИ в качестве ОМУ для сельского хозяйства на территории ОАО «СарНПЗ».
В качестве объектов исследования использовались:
• почвы на территории ОАО «СарНПЗ»;
• ОАИ и ООАИ с иловых площадок ОАО «СарНПЗ»;
• древесные опилки;
• пшеница обыкновенная (Triticum aestivum).
Эксперимент проводился в естественных условиях на территории ОАО «СарНПЗ» в соотношении введения в почву в качестве ОМУ смеси, состоящей
из 30% обезвреженного ОАИ и 70% опилок в количестве 10 т/га [7] и на чистом грунте.
Опытное поле разделялось на 3 участка:
• Участок №1 - территория завода «Сар НПЗ» возле административного здания (условно чистый грунт) с внесением ОМУ;
• Участок №2 - почвы со шламонакопителя «СарНПЗ» (загрязненные почвы) с внесением ОМУ;
• Участок №3 - чистый грунт без внесения ОМУ.
Проведенный сравнительный химический анализ исходного ОАИ и ООАИ показал снижение содержания токсичных веществ в последнем. Также проводился химический анализ почвы с участков № 1 и № 2 с внесением ОМУ (табл.1).
Для определения содержания химических веществ в почве брались пробы грунта объемом 100 дм3 по методу конверта на глубине 15-20 см., с каждого участка - по 5 объединенных проб [7].
Массовая доля подвижных форм металлов в пробах почвы определялась атомно-абсорбционным анализом на спектрофотометре методом анализа концентрации металлов в растворе при автоматизации в пламени [8] и методом «холодного пара» [9] с доверительной вероятностью Р = 0,95 и п = 2.
Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 1 и сравнимы с ПДК химических веществ в почве согласно ГН 2.1.7.2041-06.
Из данных, приведенных в таблице 1 видно, что в ООАИ тяжелые металлы содержатся в микроколичествах и не превышают значений ПДК в почве. При внесении ОМУ (30 % обезвреженного ОАИ и 70 % опилок) в почву участка № 1 (условно чистый грунт) показатели содержания тяжелых металлов также не превысили значения ПДКп. На участке № 2 содержание тяжелых металлов значительно превышает ПДКп за счет исходного загрязнения почвы отходами из шламонакопителя.
В то же время необходимо учесть, что такие элементы как марганец, медь и кобальт, находящиеся во всех образцах, являются микроэлементами и благоприятно действуют на рост и развитие растений. Среди тяжелых металлов (ТМ) наибольшую опасность представляют ртуть, кадмий, свинец. По решению ЮНЕП в 1980 г к последним добавлены металлы: V, Mo, № Sn, ^, Zn, ^ [10].
Таблица 1 - Химический состав ОАИ, ООАИ и почв ОАО «СарНПЗ»
На следующем этапе в почву всех участков высаживали семена (в каждую делянку по 20 шт. пророщенных семян) пшеницы обыкновенной (Triticum aestivum). При достижении кущения на 21 день ростки пшеницы были собраны и исследованы на содержание химических элементов (табл. 2).
Количественный и качественный анализ в массе растений, проводился на рентгеновском кри-сталл-дифракционном спектрометре «Спектроскан Макс GV». Действие спектрометра основано на рентгенофлуоресцентном методе возбуждения химических элементов и регистрации их характеристического излучения, интенсивность которого зависит от количественного содержания этих элементов в анализируемой пробе. Характеристическое излучение определяемых элементов выделяется из вторичного излучения образца кристалл-анализатором (пять сменных кристаллов) и регистрируется с помощью пропорциональных счетчиков. Материал кристалл-анализаторов по Иогану и Иогансону - фтористый литий LiF, ориентированный по кристаллографической плоскости (200), графит, PET, KAP, ML (44E).
Из данных таблицы 2 видно, что при выращивании Triticum aestivum в почвах с использованием в качестве ОМУ смеси, состоящей из 30 % ООАИ и 70 % опилок, содержание токсичных веществ не превышает ПДК в продуктах питания [11]. Следовательно, использование вышеназванной смеси безопасно для выращивания сельскохозяйственных растений. Образцы растения содержат элементы, характерные для культуры Triticum aestivum.
В результате проделанной работы изучен химический состав почвы территории ОАО «СарНПЗ» и ОАИ до и после обезвреживания. Показано, что использование ООАИ в смеси с опилками в качестве органоминеральных удобрений для сельского хозяйства не приводит к превышению значений ПДК по содержанию тяжелых металлов в почве.
Таблица 2 - Содержание химических веществ в ростках пшеницы
Элемент Концентрация элемента в ростках пшеницы, выращенной с добавлением и без ОМУ, мг/кг ПДКПР в зерне и зерновых продукта, мг/кг
на участке №1 на участке №2 на участке №3
Al 1,00123 1,60747 0,65319 20
Si 3,69573 5,02430 0,65319
Р 5,74823 6,47844 5,00316
S 3,98550 4,88703 2,40668
Cl 23,01885 21,97841 5,68751
К 31,95930 35,50320 74,00080
Са 21,93201 16,99183 8,54364
Ті 0,24997 0,27381 0,07578
Mn 3,25961 0,23340
Fe 2,48000 2,75373 0.51303 50
Ni - 0,08668 - 10
Cu 1,12823 1,26430 0,94207 5
Zn 0,30775 0,33432 0,24064 50
Br 0,18809 -
Ba 0,35673 -
Экспериментально доказано, что в образцах Triticum aestivum, выращенных как в условно чистых почвах, так и в загрязненном грунте с использованием в качестве ОМУ смеси ООАИ с опилками, содержа-
Эле- мент Концентрация (С), мг/кг ПДКп, мг/кг
участок №1 участок №2 ОАИ ООАИ
Cu 1,87 12,8 7,0 0,4 3,0
Zn 3,0 266,0 431,9 22,0 23,0
Pb <1,0 3,5 6,3 <1,0 32,0
Ni 1,2 9,2 29,3 1,1 4,0
Cd 0,4 3,7 5,2 0,10 -
Co 0,37 5,33 6,30 0,24 5,0
Cr (III) <0,50 2,83 2,29 <0,50 6,0
Mn 82 1916 3287 62 1500
Hg 0,012 0,38 0,67 0,012 2,1
ние токсичных веществ не превышает ПДКпр в зерне и зерновых продуктах.
Таким образом, использование ООАИ в качестве органоминерального удобрения для выращивания сельскохозяйственных культур позволяет решить сразу несколько эколого-агрохимических проблем за счет их взаимодействующего синергизма: утилизация ОАИ, утилизация опилок, повышение устойчивости культур и плодородия почв, а также расширение производства органических удобрений, потребность в которых очень велика.
Литература
1. М.Б. Ходяшев, И.С. Глушакова, М.С. Дьяков, Экология и промышленность России, 11, 40-43 (2009).
2. С.В. Храменков, В.А. Загорский, А.Н. Пахомов, А.В.
Ганин, Экология и промышленность России, 11, 1-3
(2002).
3. Касатиков, В.А. Агроэкологические основы применения осадков городских сточных вод в качестве удобрения: Автореферат дис. док. наук: 03.00.16. - М., 1989. - 46с.
4. Патент 1036690 РФ МПК С 02 Е 11/14, опубл. 23.08.1983
5. Солодкова А.Б., Собгайда Н.А., Шайхиев И.Г. Вестник Казанского технологического университета, 20, 179-183 (2012).
6. Собгайда Н.А., Ольшанская Л.Н., Солодкова А.Б., Химическое и нефтегазовое машиностроение, 3, 32-35 (2011).
7. Фомин Г.С. Госстандарт России. Справочник: Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам ,М.: Протектор, 2000. - 300 с.
8. Методические указания РД 52.18.289-90.
9. Методические указания ПНД А 16.1:2.3:3.10-98.
10. Тяжелые металлы в почвах. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах с различными физико-химическими свойствами
11. Предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) химического вещества в продуктах питания, не вызывающая вредных последствий для здоровья человека.
© Н. А. Собгайда - д. т.н., доцент кафедры экологии и охраны окружающей среды Энгельского технол. ун-та (филиал) Саратовского госуд. технол. ун-та; А. Б. Солодкова - асп. той же кафедры; И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав. каф. инженерной экологии КНИТУ,
