Агроэкологические свойства ОСВ
ОСВ представляет собой примеси в твердой фазе, выделенные из воды в результате механической, биологической и физико-химической очистки или сочетания этих методов.
Твердая фаза осадков на 60-70% состоит из органических соединений, способных быстро разлагаться и загнивать с образованием неприятных запахов. Поэтому их утилизация обычно предшествует специальная подготовка. В зависимости от способа обработки ОСВ различают следующие виды осадков:
1) сырой осадок, выпадающий в первичных отстойниках очистных сооружений;
2) избыточный активный ил, образующийся в результате биологической очистки;
3) сброженный осадок, продукт анаэробного или аэробного сбраживания осадка из первичных остатков и активного ила из вторичного отстойника;
4) шлам – продукт химической очистки.
Свежие отходы, получаемые путем очистки сточных вод, богаты органическим веществом, способны к быстрому брожению, поэтому осадки надо стабилизировать. Использование для этого сбраживания в метатенках в термофильном и мезофильном режимах обеспечивает минерализацию 30-50% органического вещества [26, 39].
На практике часто применяется компостирование ОСВ и других коммунальных отходов или заменяющими их веществами (навоз, торф, опилки, древесная кора, биомасса растений, глины). Готовый компост представляет собой сыпучий продукт с высоким содержанием питательных веществ в усвояемой для растений форме.
Как и для компостов, состав ОСВ не является постоянным и зависит от источника происхождения осадков и способа их обработки [22].
1. Состав осадка в зависимости от способа обработки (по данным ряда авторов)
| Вид осадка | Содержание | |||
| сухого в-ва в % от сырой массы | орг. в-ва, в % от сухого вещества | азота, в % от сухого вещества | С:N | |
| сыройсбраженный в анаэробных условияхсбраженный в аэробных условияхподсушенный на иловых площадках стабилизированный и механически обезвоженныйобезвоженный, обработанный в автоклаве | 3-55-104-830-5035-5040-50 | 60-8040-6050-7050-7035-50≈80 | 3-52-73-83-82-41-2 | 10-145-105-85-88-12≈20 |
Так термическая сушка способствует уменьшению в них органического вещества. Этому также способствует обработка осадков такими реагентами, как известь, хлористого железа. Предварительная термическая обработка, проводимая перед механическим обезвоживанием, вызывает, кроме того, значительную потерю азота, которая может достигнуть 40-50% [1].
Обработка осадков известью способствует потере азота в виде катионов аммония и анионов (нитрат ионов) и снижению доступности для растений фосфора. Установлено, однако, что от 64% до 84% общего фосфора осадков находится в подвижной форме. Фосфор присутствует в осадках, главным образом, в твердой фазе. Калий и натрий находятся в растворенном состоянии, их значительная часть выводится в результате фильтрации и центрифугирования ОСВ. Условия и длительность хранения осадков также могут оказывать определенное влияние на концентрацию в них различных элементов. Процентное содержание элементов питания в осадке и другие качественные показатели зависят в значительной мере от его влажности, а также происхождения, соотношения бытовых и промышленных стоков и сезона года [15].
Углерод содержится в осадках главным образом в органической форме (20-30% от сухого вещества). В состав органической части ОСВ входят полисахариды, жиры, воск, масла, протеиновые смеси и ряд полифункциональных групп. Осадки содержат от 1 до 4% минерального углерода, очевидно в форме карбоната кальция и магния и других металлов.
Присутствие соединений тяжелых металлов в осадках сточных вод создает одну из трудностей их использования в качестве удобрения. Известно, что многие элементы способны накапливаться в тканях растений, так и в организмах их потребляющие. Поэтому одним из критериев пригодности ОСВ для сельского хозяйства служит уровень содержания в нем тяжелых металлов, наличие которых во многом обусловлено деятельностью промышленных предприятий. Причем, специфика производства и вид удобрений могут влиять на качественный и количественный состав ТМ в почвах [2, 12].
Металлы содержатся в отходах в различной форме: обменной, абсорбированной, связанной с органическим веществом, карбоната и т. д. Вследствие того, что в осадках ТМ связаны в основном с твердой фазой, сушка и обезвоживание не вызывает их значительных потерь, а прохождение осадка через аэробную фазу может оказывать влияние на локализацию металлов в нем и их лабильность после внесения в почву, но этот вопрос изучен недостаточно. Никель, цинк и кадмий являются наиболее лабильными металлами в силу своей высокой способности к комплексообразованию.
В настоящее время определены ПДК для некоторых ТМ в осадках (таблица 2). В Англии и в некоторых других странах ПДК основаны на цинковом эквиваленте, равным сумме 8 частей никеля, 2 частей меди, 1 части цинка. Систематический анализ показал, что превышение этого уровня содержания металлов в ОСВ делает его непригодным для применения на удобрение в сельском хозяйстве.
| ТМ | ПДК ТМ в осадке (мг/кг сухого вещества) | |||||||
| ФРГ | Финляндия | Австрия | Франция | Швеция | Голландия | Швейцария | Директивы ЕЭС | |
| Pb | 1200 | 1200 | 500 | 300 | 300 | 500 | 900-1500 | 750 |
| Cd | 20 | 30 | 10 | 15 | 15 | 10 | 25-40 | 20 |
| Cr | 1200 | 1000 | 500 | 200 | 1000 | 500 | 900-1500 | 750 |
| Cu | 1200 | 3000 | 500 | 1500 | 3000 | 500 | 900-1500 | 1000 |
| Ni | 200 | 500 | 200 | - | - | 100 | 150-300 | 300 |
| Hg | 25 | 25 | 10 | 8 | 8 | 10 | 8-15 | 16 |
| Zn | 3000 | 5000 | 2000 | 3000 | 10000 | - | 2500-4000 | 2500 |
| Mn | - | 3000 | - | 500 | - | - | - | - |
| Co | - | 100 | 100 | 200 | - | - | 80-150 | - |
| Ag | - | - | 100 | - | - | - | - | - |
В этих странах действует система контроля за содержанием ТМ в осадках. Разрешение на их использование сопровождается данными о дозах и сведениями о количестве поступающих при этом в почву питательных элементов. Кроме ТМ, в осадке обнаруживают роданиды, фенолы, кетоны и ряд других органических соединений, в том числе пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ) и так далее [14, 20].
На удобрения используются в основном обеззараженный осадок, в противном случае в нем присутствует в большом количестве вирусы, патогенные грибы и яйца гельминтов. Роль же самой почвы в стерилизации в значительной степени зависит от того, как патогены, конкурируют с естественной флорой почвы [27].
Изучению процессов разложения микроорганизмами ОСВ, содержащих повышенное количество ТМ, посвящен ряд исследований. В них выявлена повышенная устойчивость к ТМ микроскопических грибов, в то время как количество спорофитных бактерий, и актиномицетов уменьшается. Под действием токсичных элементов обедняется также видовой состав споровых бактерий, водорослей и грибов. Сравнительно большой устойчивостью к свинцу отличаются актиномиценты, а многие микроорганизмы толерантны к кадмию. Очевидно, следует ожидать влияние стронция на процесс нитрификации в почве, ингибирование которого в целом способствует избыточное накопление данного ТМ. Максимальное влияние на процессы денитрификации и жизнедеятельности растений, по данным многих авторов, оказывает кадмий. Этот металл снижает рост бактерий, тормозит процессы превращения оксида азота (IV) и способствует интенсификации накопления в почве нитратов в отличие от свинца [33]. В тоже время внесение осадка, в отличие от действия металлов при промышленном загрязнении, увеличивает общую численность микроорганизмов, повышает ферментативную активность и создает условия для развития основных физиологических групп микроорганизмов.
Под действием ОСВ в 1,5-1,7 раза увеличивалось количество целлюлозоразлагающих бактерий, а содержание плесневых грибов снижалось. По мнению авторов, это связано с подщелачиванием почвы осадками.
Грибы и бактерии, усваивающие минеральный азот, наиболее устойчивые к действию ТМ. При повышении их концентрации в почве меняется активность ферментов, что является одним из диагностических показателей загрязненности почвы. Результаты исследований показали также, что шлам, содержащий тяжелые микробные популяции, изменялся под действием металлов, что может сказаться отрицательно на круговороте питательных элементов.
Внесение в почву ТМ, особенно кадмия и меди, повлияло также на распределение видов грибов [10, 11].
Проведенные исследования и опыт использования осадков в сельском хозяйстве свидетельствуют о том, что ОСВ является органическим, азотно-фосфорным удобрением, содержащим также ряд микроэлементов, необходимых для роста и развития растений. Под влиянием ОСВ повышается обеспеченность почв органическим веществом и элементами питания растений.
Считается, что влияние осадков и компостов на их основе заключается в улучшении водно-физических свойств почвы, обеспечение растений фосфором, микроэлементами и частично в удовлетворении их потребности в азоте и калии. ОСВ повышают общий запас фосфора в почве и, по мнению ученых, обогащенные фосфором ОСВ целесообразно использовать в качестве фосфорных удобрений.
Доступность фосфора в ОСВ неодинаково и зависит от его вида. В сыром осадке она приравнивается к доступности фосфора в монокальцийфосфатах, тогда как в подсушенном осадке фосфор трудноспособен усваиванию растениями. На доступность фосфора из осадка определенное влияние оказывает реакция почвенной среды и тип флокулянта. Так, эффективность ОСВ, скоагулированного кальцием, была наибольшей на кислых почвах, скоагулированого алюминием и железом – на нейтральных и слабощелочных почвах.