CC BY
79
УДК 628.35
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -1-297-301
СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД
© Л.В. Брындина, К.К. Полянский, Д.С. Лазарев
Рассмотрены возможности утилизации осадков сточных вод (ОСВ), образованных в результате биосорбционной очистки сточных вод предприятий агропромышленного комплекса. Исследуемый ОСВ представляет собой источник органического азота. Белковая составляющая представлена высоким содержанием свободных аминокислот. Внесение в основной грунт ОСВ значительно увеличивает скорость роста растений. На завершающейся стадии развития (50 сутки) растение, растущее в грунте с добавлением ОСВ, было выше контрольного образца на 78 %. Следует отметить, что и всхожесть семян в опытном образце была раньше на 3 суток. Ключевые слова: биосорбционная очистка; биологическое удобрение; источник органического азота.
Применяемые в последнее время в России биологические способы очистки сточных вод в большинстве своем относятся к аэробным. А это означает увеличение образующегося осадка сточных вод (ОСВ), переработка которого не решена на должном уровне. Осадки сточных вод загрязняют окружающую среду и представляют серьезный источник опасных заболеваний.
Но в то же время физико-химический состав ОСВ показывает, что это весьма ценный отход. В сухом веществе осадка 18-20 % зольных элементов, около 80 % органических веществ, большая часть которых (40-45 %) представлена белковой фракцией [1].
В связи с этим целью нашего исследования было определить возможность применения ОСВ, образующихся в результате биосорбционной очистки сточных вод актиномицетом Streptomyces chromogenes s.g. 0832, в качестве удобрения. Следует обратить внимание и на тот факт, что в России ОСВ как биогенные удобрения используются недостаточно широко, не более 8 % от общего количества образующихся осадков сточных вод [1].
Исследуемый ОСВ представляет собой источник органического азота. Известно, что растениям азот необходим для синтеза белков, участвующих в обменных процессах клеток растений. Основные источники азота растений - это соли азотной кислоты и соли аммония. Поступившие в растение минеральные формы проходят сложные превращения на пути образования белка. При этом растение затрачивает большое количество энергии. Внесение удобрения, содержащего свободные аминокислоты (структурные элементы любого белка), дает возможность растению получить молекулу, необходимую для синтеза нужного в данный момент вещества, и не тратить дополнительно время и энергию на питание.
Исследования белковой составляющей ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832 показали, что она представлена высоким содержанием свободных аминокислот (рис. 1). Определение растворимого белка, пептидов и аминокислот проводили по [2].
□ растворимый белок
□ пептиды
□ аминокислоты
Рис. 1. Фракционный состав белковой составляющей ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832
Аминокислоты имеют огромное значение как факторы роста и представляют собой готовый запас веществ, необходимых для протекания биологических процессов, повышают сопротивляемость к неблагоприятным факторам окружающей среды, незаменимы для качественного образования плодов, повышают уровень усвоения растениями макро- и микроэлементов, ускоряют процесс фотосинтеза [3]. Известно, что образование аминокислот - энергетически очень сложный процесс для растений. При применении ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832 растение получает их в готовом виде, и тем самым отпадает необходимость затрат энергии на их производство. Аминокислотный состав ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832 представлен на рис. 2.
Из данных, представленных на рис. 2, видно, что сумма незаменимых аминокислот составляет 41,48 %; при этом на долю аргинина, известного как прекурсор полиамидов и усилитель действия регуляторов роста, приходится 7,29 %. Из заменимых аминокислот в ОСВ больше всего глутаминовой кислоты (14,7 %). Она совместно с аспарагиновой отвечает за ассимиляцию азота и синтез белков. Пролин (12,37 %) совместно с глицином (4,25 %) отвечает за движение воды внутри растения и сопротивляемость растений стрессам.
триптофан аргинин лизин гистидин фенилаланин лейцин изолейцин метионин валин треонин тирозин цистин аланин глицин пролин
глутаминовая кислота серин
аспарагиновая кислота
0 5 10 15 20
% к общему количеству аминокислот
Рис. 2. Аминокислотный состав ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832
Таблица 1
Основные показатели биоудобрений
Показатели ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 Омуг Экуд Пудрет Бамил Предлагаемый ОСВ
Азот общий, % > 20 3,5 1,8 2,0 5,0 5,7
Фосфор общий, % > 0,6 1,2 2,0 2,0 2,0 5,5
Калий общий, % > 1,5 1,2 1,0 1,5 0,8 -
Влажность, % не нормируется 24,0 16,5 14,0 14,0 13,5
Зольность, % - 12,0 22,0 19,0 17,0 10,0
Бактериальные культуры - Bacillus Micrococcus Clavibactor Bacillus Staphilococus hominis Bacillus Staphilococcus Bacillus Micrococcus Clavibactor Streptomuces chromogenes specis grecus 0832
При проведении сравнительной оценки состава ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832 и биоудобрений, разработанных во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (табл. 1), было установлено, что по органическому веществу они заметно превышают требуемое значение по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений». Повышенное содержание органических веществ положительно влияет на содержание азота в почве и, как правило, сопровождается увеличением биологической активности почвы.
Различный состав микроорганизмов в этих удобрениях связан с особенностями технологии их получения.
Было установлено, что культуры микроорганизмов, выделенные из биоудобрений, обладают высокой антибиотической активностью и сдерживают рост патогенной микрофлоры более чем на 50 %.
Экспериментально показано, что биоудобрения сохраняют или повышают рН почвы, увеличивают нитрифицирующую способность, содержание подвижных фосфатов и обменного калия.
По способности к образованию нитратов биоудобрения образуют ряд: экуд < пудрет < омуг < бамил < < предлагаемый ОСВ.
Содержание подвижных фосфатов в почве при их внесении увеличивается на 35-90 %.
Все биоудобрения повышают содержание обменного калия в почве на 45-59 % по отношению к контролю. Сохранение калия в почве в обменной форме при внесении биоудобрений объясняется экранирующей ролью органического вещества.
Сдерживающим фактором применения осадков сточных вод в качестве биоудобрений является наличие в них тяжелых металлов. Но по эксперименталь-
ным исследованиям, представленным в табл. 2, видно, что предлагаемый образец в качестве биоудобрения удовлетворяет требованиям стандарта.
Таким образом, можно отметить, что в комплексе агротехнических мероприятий по выращиванию сельскохозяйственных культур и повышению плодородия почв важное место занимают органические удобрения. Они обогащают почву элементами минерального питания, органическим веществом, улучшают водно-физические свойства, активируют другие полезные биологические и биохимические процессы. Действие биоудобрений носит комплексный характер (рис. 3).
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в ОСВ
Наименование показателя, мг/кг сухого вещества, не более ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832 Осадок группы I ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 Осадок группы II* ГОСТ Р 17.4.3.07-2001
Свинец (ГЬ) - 250 500
Кадмий (И) - 15 30
Никель (№) - 200 400
Хром (&) - 500 1000
Цинк ^п) 221 1750 3500
Медь 197 750 1500
Ртуть (Щ) - 7,5 15
Мышьяк (As) - 10 20
Примечание: *осадки I группы используют под все виды сельскохозяйственных культур, кроме овощных, грибов, земляники; осадки II группы - под зерновые, зернобобовые, зернофуражные и технические культуры.
Рис. 3. Механизм действия биоудобрений при внесении в почву (на примере предлагаемого ОСВ)
Проведенные исследования показали, что ОСВ Str. chromogenes s.g. 0832 может быть применен в качестве биологического удобрения. Осадок сточных вод, полученный после биофлокуляции, высушивали при температуре 80 °С до влажности 12-15 % , вносили в грунт из расчета 30 г/м2. Эксперимент проводили в горшках с массой земли 450 г, для выращивания использовались семена гороха «Альфа», глубина посадки составляла 3 см. Контрольным являлся грунт, отобранный на газоне без добавления осадка. Полив осуществляли через день равным количеством воды (50 см3). Образцы по-
местили в помещение с одинаковой освещенностью и температурой. Средняя температура воздуха помещения составила 21 °С.
Результаты экспериментальных данных (рис. 4) показывают, что внесение в основной грунт ОСВ значительно увеличивает скорость роста растений. На завершающейся стадии развития (50 сутки) растение, растущее в грунте с добавлением ОСВ, было выше контрольного образца на 78 %. Следует отметить, что и всхожесть семян в опытном образце была раньше на 3 суток.
о -
о S ■а Ч о о. н
Я о ® Ь и 2
—х
ч
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
□ грунт(контроль)
□ грунт+ОСВ
2 суток
20 суток
40 суток
Рис. 4. Скорость роста гороха (сорт Альфа)
Проведенные исследования по использованию ОСВ, полученного в результате очистки сточных вод Streptomyces chromogenes s.g. 0832, в качестве удобрения показали, что почвенный способ обезвреживания осадков сточных вод является наиболее эффективным. Кроме того, он позволяет включить в малый биологический круговорот большое количество питательных веществ и органического вещества, что приводит к значительному повышению плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Пахненко Е.П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения: учеб. пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 311 с.
Бузов И.П. Определение протеолитической активности молоко-свертывающих протеаз / Рукопись ВНИИМС. 1973. 5 с. Оецое Л.П. Экологически безопасные технологии сельскохозяйственного использования животноводческих стоков и сточных вод. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. 615 с.
Поступила в редакцию 22 января 2016 г.
Брындина Лариса Васильевна, Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, г. Воронеж, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и правовых отношений, e-mail: [email protected]
Полянский Константин Константинович, Воронежский филиал Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова, г. Воронеж, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор кафедры коммерции и товароведения, e-mail: [email protected]
Лазарев Дмитрий Сергеевич, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, студент, кафедра прикладной геометрии и компьютерной графики, е-mail: [email protected]
2016. T. 21, Bhm. 1. TexHHKa
UDC 628.35
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -1-297-301
MODERN POSSIBILITIES OF WASTEWATER SLUDGE UTILIZATION
© L.V. Bryndina, K.K. Polyanskiy, D.S. Lazarev
The possibility of utilization of wastewater sludge (WWS), created as a result of biosorption wastewater treatment of agro-industrial enterprises are considered. The analyzed wastewater sludge is a source of organic nitrogen. The protein component presents a high content of free amino acids. Entering into the main soil salt significantly increase the rate of plant growth. In the final stage of development (50 days) plant growing in soil with addition of wastewater sludge was above the test specimen at 78 %. It should be noted that seed germination in the experimental sample was used for 3 days. Key words: biosorption treatment; biological fertilizer; organic source of nitrogen.
REFERENCES
1. Pakhnenko E.P. Osadki stochnykh vod i drugie netraditsionnye organicheskie udobreniya. Moscow, BKL Publishers, 2009. 311 p.
2. Buzov I.P. Opredelenie proteoliticheskoy aktivnosti molokosvertyvayushchikh proteaz. Rukopis Vserossijskogo nauchno-issledovatelskogo instituta metrologicheskoj sluzhby, 1973. 5 p.
3. Ovtsov L.P. Ekologicheski bezopasnye tekhnologii selskokhozyaystvennogo ispolzovaniya zhivotnovodcheskikh stokov i stochnykh vod. Moscow, Moscow State University Publ., 2002. 615 p.
Received 22 January 2016
Bryndina Larisa Vasilyevna, Voronezh State Academy of Forestry Engineering, Voronezh, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor of Life Activities Safety and Legal Relations Department, e-mail: [email protected]
Polyanskiy Konstantin Konstantinovich, Plekhanov Russian University of Economics, Voronezh Branch, Voronezh, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor of Commerce and Studies of Goods Department, e-mail: [email protected]
Lazarev Dmitriy Sergeevich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Student, Applied Geometry and Computer Graphics Department, e-mail: [email protected]
