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

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.