Научная статья на тему 'Перспективы использования активных илов станций аэрации в качестве органических удобрений'

Перспективы использования активных илов станций аэрации в качестве органических удобрений Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
575
117
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
активный ил / удобрение / станция аэрации / сточные воды / биохимическая очистка / обработка осадков / биосорбционный комплекс / activated sludge / fertilizer / station of aeration / sewage / biochemical purification / treatment of waste / biosoption complex

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Кириллов М. В., Асонов А. М.

В работе представлена проблема загрязнения избыточных активных илов с городских станций аэрации ионами тяжёлых металлов. Рассмотрены их химический состав и удобрительная ценность, позволяющие использовать активные илы в сельском хозяйстве в качестве органо-минерального удобрения. Освещены основные способы обработки осадков сточных вод. Предложен метод десорбции тяжёлых металлов из избыточного активного ила с использованием биосорбционного комплекса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Кириллов М. В., Асонов А. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

This work treats the problem of pollution of activated sludge from the city stations of aerations by ions of heavy metals. Its chemical composition and fertilizing value is treated here which let us to use it in agriculture as organo-mineral fertilizer. The main methods of treatment of sewage waste are given. A method of desorption of heavy metals from the activated sludge with the use of biosorption complex is submitted.

Текст научной работы на тему «Перспективы использования активных илов станций аэрации в качестве органических удобрений»

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКТИВНЫХ ИЛОВ СТАНЦИЙ АЭРАЦИИ В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ

М.В. КИРИЛЛОВ,

аспирант кафедры «Инженерная защита окружающей среды»,

А.М. АСОНОВ,

доктор биологических наук, профессор кафедры «Инженерная защита окружающей среды», Уральский ГУПС

Ключевые слова: активный ил, удобрение, станция аэрации, сточные воды, биохимическая очистка, обработка осадков, биосорбционный комплекс.

Одним из мощных источников загрязнения окружающей среды и, в частности, её главных компонентов - почвы и водных объектов - являются избыточные активные илы городских станций аэрации.

Избыточные активные илы - продукт биохимического процесса окисления органики сточных вод. Он является по своей сути отходом станций аэрации. Ежегодно в России при очистке биохимическим методом более 15 млрд м3 сточных вод на предприятиях ЖКХ образуется около 1 млрд м3 осадка в виде избыточного активного ила влажностью 98%. Его кондиционирование в большинстве случаев сводится к обезвоживанию гравитационным или механическим способом.

Обезвоженный до 60-65% ил складируется на спецполигонах, в отвалах, разного типа хранилищах, занимающих огромные земельные участки. При этом он загрязняет почву, поверхностные и подземные водоисточники. Только на полигонах Санкт-Петербурга площадью 196 га в пригородной зоне размещено 6 млн м3 обезвоженного нестабилизированного осадка. Ежегодная потребность в площадях под осадки сточных вод составляет 8-10 га. В Московской области выделено до 1500 га таких площадей [1-3].

Активный ил, задерживаемый вто-

ричными отстойниками после аэротен-ков, представляет собой биоценоз микроорганизмов и простейших. Его структура представляет собой хлопьевидную массу бурого цвета. В свежем виде активный ил почти не имеет запаха или пахнет землёй. Однако, загнивая, он издаёт специфический гнилостный запах.

По механическому составу активный ил относится к тонким суспензиям, состоящим на 98% по массе из частиц размером меньше 1 мм. Отличается высокой влажностью - 99,2-99,7%. Этот осадок легко взмучивается и довольно быстро оседает при отстаивании [4].

Элементный состав сухого вещества активного ила колеблется в широких пределах (в % от сухой массы): углерода - 44,0-75,8; водорода - 5,8-8,2; серы - 0,9-2,7; азота - 3,3-9,8; кислорода - 12,5-43,2 [5].

Осадки сточных вод содержат значительное количество биогенных веществ - азота, фосфора, калия. Наряду с органическими веществами и микроэлементами они определяют их удобрительную ценность. Осадки сточных вод, обработанные соответствующим образом, не уступают традиционным органическим удобрениям [6].

В зависимости от вида и места происхождения содержание валового фосфора в осадках колеблется в пределах

620034, г. Екатеринбург,

ул. Колмогорова, д. 66;

тел.: 8 (343) 245-33-96, 8-9086391593;

e-mail: kirillovmv.83@mail.ru

0,3-8,0%.

Наиболее богат фосфором активный ил. В его свежем осадке содержится 0,65,2%, в сброженном - 0,9-6,6% Р2О5. Содержание калия в осадках сточных вод в среднем составляет 0,2-0,6% сухого вещества, в активном иле - 0,3-0,8%.

Химический состав осадков позволяет определить наиболее рациональные пути их использования и обработки. В таблице 1 представлен химический состав их минеральной части [5].

Избыточный активный ил по содержанию азота, фосфора, органических веществ не уступает подстилочному навозу, торфу, торфонавозным компос-там и другим традиционным удобрениям. Внесение такого ила в почву (в жидком или подсушенном виде) позволяет повышать плодородие сельскохозяйственных угодий. Об этом свидетельствуют данные таблицы 2 [5, 7].

Из таблицы видно, что осадки значительно повышают урожайность. Наиболее эффективной формой удобрения является комбинация осадков с минеральным калийным удобрением (лучше

Activated sludge, fertilizer, station of aeration, sewage, biochemical purification, treatment of waste, biosoption complex.

44

Аграрный вестник Урала

№ 2 (68), 2010 г.

Таблица 1

Состав минеральной части осадков, % к абсолютно сухому веществу

Типы осадков О ІЛ О < О ш ц_ СаО МдО О 9, га 2 О (П гпО СиО О 2 О О

Первичные 8,4- 0,3- 3,0- 11,8- 2,1- 0,7- 0,8- 1,8- 0,1- 0,1- 0,2- 0,8-

сырые 55,9 18,9 13,9 35,9 4,3 3,4 4,2 7,5 0,6 0,8 2,9 3,1

Активный 7,6- 7,3- 7,2- 8,9- 1,4- 0,8- 1,9- 1,5- 0,2- 0,1- 0,2- 0-

ил 33,8 26,9 18,7 16,7 11,4 3,9 8,3 6,8 0,3 0,2 3,4 2,4

Таблица 2

Эффективность осадков как удобрения (почва супесчаная)

Удобрение Урожай капусты Урожай картофеля

ц/га % ц/га %

Без удобрения (контроль) 312 100 226 100

Минеральное 460 147 269 119

Навоз, 30 т/га 439 141 297 131

Осадки сырые, 30 т/га 408 131 298 132

Осадки сброженные, 30 т/га 434 139 275 122

То же + Кзо 506 160 - -

Таблица 3

Химический состав (валовое содержание элементов) кека цеха механического обезвоживания Северной аэрационной станции

Показатели, мг/кг Годы наблюдений Нормы для почв, мг/кг [8]

1996 1998 2000 2008

Алюминий 2300 19800 12000 52604 50000

Барий 700 600 600 - 600

Бериллий 0,4 0,6 0,4 - 3,8

Бор 1000 1100 1300 - 38

Железо 2200 39000 19000 56276 51000

Кобальт 50 40 20 - 18

Марганец 8100 2000 8100 2986 1000

Медь 700 800 1200 726 33-132

Никель 300 360 590 429 20-80

Свинец 140 180 630 - 32-130

Молибден 4,0 2,0 1,0 - 4,1

Хром 1100 800 1700 1195 83

Цинк 1200 1300 1978 4705 55-220

- с сернокислым калием).

Учитывая высокую удобрительную ценность и большие объёмы избыточных активных илов, следует признать главным и единственным потребителем данного продукта сельское хозяйство, где они используются в качестве органического удобрения. Процесс рециклирования отходов ЖКХ для сельского хозяйства позволит не только снизить техногенную нагрузку на окружающую среду, но и получить значительную выгоду за счёт повышения урожайности сельхозпродукции.

Следует отметить, что активные илы, образующиеся на станциях аэрации крупных городов с развитым промышленным потенциалом, в большинстве случаев загрязнены адсорбированными из городских сточных вод ионами тяжёлых металлов, которые являются тормозом для широкого использования активных илов в качестве органического удобрения.

Источниками загрязнения активного ила являются сточные воды металлургических предприятий чёрной и цветной металлургии, радиопромышленности, производств, имеющих в своём составе гальванические цеха. Все они сбрасывают свои недоочищенные от ионов тяжёлых металлов сточные воды в городскую канализацию. В процессе

биохимической очистки сточных вод активный ил, являясь хорошим сорбентом, обогащается солями тяжёлых металлов (7п, РЬ, Си, С<^, Сг, 1\Л). Использование активного ила в качестве органического удобрения без предварительной детоксикации представляет опасность загрязнения почв металлами свыше нормативных показателей и, как следствие, негативно влияет на качество и урожай сельскохозяйственной продукции.

В таблице 3 представлены результаты исследований состава активного ила Северной станции аэрации канализации г. Екатеринбурга.

Столь жёсткие требования к концентрациям тяжёлых металлов в почве сельскохозяйственных угодий обязывают при использовании активного ила в качестве удобрения решать проблему снижения этих ингредиентов и в нём самом.

Проблема обработки осадков и, в частности, поиск способов извлечения тяжёлых металлов из концентрированных отходов актуальны и по сей день. В настоящее время наиболее часто используются на практике три способа:

■ термический (автоклавный гидролиз, сжигание);

■ ионообменный с последующей сильнокислотной обработкой;

■ химическое выщелачивание концентрированными кислотами и щелочами.

Биология

Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки.

Ещё в 1990 году был сделан вывод о перспективности термического сжигания осадков городских сточных вод, однако он не является экологически безопасным, поскольку требуется очистка выбрасываемых газов, возникают трудности с дополнительной очисткой образующихся суспензий в системе промывки газов [9].

Одним из недостатков химического способа извлечения тяжёлых металлов из избыточного активного ила является использование дорогостоящих реагентов, большая продолжительность процесса, образование вторичных кислых стоков.

Необходимость кондиционирования активного ила, используемого в дальнейшем в качестве органического удобрения, ставит перед исследователями две основные задачи:

■ снижение содержания токсичных веществ в активном иле;

■ разработка максимально простой и экономичной технологии обработки осадка, исключающей использование капитальных сооружений и оборудования с большим потреблением энергоносителей.

Поставленные задачи нами решаются с использованием биосорбционного комплекса, включающего высшую водную растительность и природный ионообменный сорбент, обеспечивающий десорбцию тяжёлых металлов из избыточных активных илов и тем самым снижение их концентраций до допустимых уровней.

Исследования по детоксикации избыточных активных илов биосорбцион-ным методом выполнялись на пилотной установке, размещённой возле иловых карт Северной станции аэрации г. Екатеринбурга. В качестве биосорбента использовался тростник обыкновенный. Исследования по десорбции тяжёлых металлов (Си, С<^, Ре, Мп, 1\П, 7п, Со) из активных илов, взятых с производственных карт, и их накоплению в биомассе тростника выполнялись в течение трёх вегетационных сезонов.

Было установлено, что основная масса токсикантов ^п, 1\Н, Мп, Со) купируется в зелёной массе: 81, 99, 79, 99% соответственно. Ионы меди распределяются между корневой системой и надземной (зелёной) массой практически поровну (52 и 48%). Содержание кадмия и железа в корневой системе -99 и 70% соответственно. Исследование динамики накопления вегетационными органами тростника ионов металла в вегетационный период позволяет констатировать, что тростник обыкновенный способен десорбировать, а затем и утилизировать в своей биомассе за один вегетационный период от 30 до 70% токсичных поллютантов, содержащихся в активном иле.

Сравнение остаточных концентраций тяжёлых металлов в иле с нормативными показателями указывает

№ 2 (68), 2010 г.

Аграрный вестник Урала

45

Биология

на возможность использования деток-сированного ила в качестве органического удобрения под любые сельскохозяйственные культуры и на лю-

бых почвах. Использование высшей водо-воздушной растительности (тростник обыкновенный) в качестве биосорбента эффективно и экологично,

является перспективным направлением в разработке экобезопасных технологий кондиционирования отходов станций аэрации.

Литература

1. Кармазинов Ф. В. Опыт «Водоканала Санкт-Петербурга» по обработке и утилизации осадков // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Ч. 1. С. 13-15.

2. Данилович Д. А. Обработка и утилизация осадков на московских станциях аэрации // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Ч. 1. С. 7-12.

3. Похил Ю. Н. Обработка осадка на ОСК г. Новосибирска // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12. Ч. 1. С. 21.

4. Евилевич А. 3. Осадки сточных вод. Л. ; М. : Изд-во литературы по строительству. 1965.

5. Яковлев С. В., Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод : учебник для вузов. М. : АСВ, 2004. 704 с.

6. Тяжёлые металлы в системе почва - растение - удобрение / под общ. ред. акад. МАЭН М. М. Овчаренко. М. : Пролетарский светоч, 1997. 290 с.

7. Шведова Л. В., Куприяновская А. П. Миграция кадмия и свинца в растениях при внесении в почву отработанного активного ила // Экология и промышленность России. 2004. № 10. С. 28-31.

8. СанПиН 2.1.7.573-96. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения.

9. Зыкова И. В., Панов В. П. Утилизация избыточных активных илов // Экология и промышленность России. 2001. № 12. С. 29-30.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.