СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ПО СОДЕРЖАНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ РАСТИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД НА УДОБРЕНИЕ
METHOD OF PRODUCING PLANT PRODUCTS ENVIRONMENTALLY SAFE BY HEAVY METALS CONTENT WHEN USING WASTE WATER SLUDGE ON FERTILIZER

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к использованию осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрения с учетом региональных почвенно-климатических условий. Известно, что одной из важнейших проблем современного коммунального хозяйства городов и крупных населенных пунктов является экологически безопасная для среды и производимой продукции утилизация. ОСВ образуются на очистных сооружениях при разделении сточных вод на жидкую и взвешенную субстанции. Как правило, утилизация ОСВ заключается в их захоронении в специальных хранилищах, сжигании или применении на удобрение, если они отвечают по содержанию тяжелых металлов (ТМ) соответствующим санитарным, экологически допустимым нормам. Известно множество технических решений, направленных на создание технологий получения органических удобрений с использованием данного вида отходов - осадка сточных вод в качестве материала для получения органического удобрения (А.с. СССР №685653, Кл. C05F 11/00, C05F 3/00, 1978; А.с. СССР №948993, Кл. C05F 7/00, C05F 11/02, 1979; А.с. СССР №1213017, Кл. C05F 7/00, C05F 11/02, 1984; Пат. РФ №2159756, Кл. C05F 7/00, 1999; Пат. РФ №2252205, Кл. C05F 7/00, 2003; Пат. РФ №2414444, Кл. C05F 7/00, 2009; Пат. РФ №2299872, Кл. C05F 7/00, 2005 и др.).
В основу известных способов получения компоста с использованием осадка сточных вод положен аэробный способ биоконверсии осадка сточных вод с влагоемкими и газопоглощающими добавками (опилками, торфом, древесной щепой, пивной дробиной, соломой и др.), включающий смешивание компонентов и формирование из полученной смеси компостной кучи. Компостирование смеси (превращение смесей в готовый компост) зависит как от соотношения компонентов, их качественного перемешивания, так и от факторов, способствующих протеканию ферментативных процессов в смеси. Биологическое обеззараживание компоста возможно в результате саморазогревания смеси до определенной температуры (50-60°С). Внесение биоактивных добавок ускоряет ферментацию.
Известные способы получения компоста с использованием осадка сточных вод направлены на повышение качества полученного компоста, снижение его себестоимости, сокращение времени приготовления компоста, но вместе с тем известные способы получения компоста (Пат. РФ №2159756, Кл. C05F 7/00, 1999; Веснер Дж. М. Компостирование осадка сточных вод. - В кн.: Обработка и удаление осадков сточных вод. - Т. 2. - М.: Стройиздат, 1985, с. 62-100) отличаются невысокой эффективностью выведения тяжелых металлов из компоста, поскольку выделение тяжелых металлов из компостируемой массы происходит только за счет сил гравитации, поэтому в приготовленном компосте сохраняются тяжелые металлы, ухудшающие качество компоста и загрязняющие окружающую среду, некоторые - длительностью процесса компостирования (А.с. СССР №1213017, Кл. C05F 7/00, C05F 11/02, 1984) и высокой себестоимостью (Пат. РФ №2252205, Кл. C05F 7/00, 2003).
Таким образом следует признать, что вопросы сельскохозяйственного использования ОСВ и компостов на их основе разработаны крайне недостаточно. В России из-за этого использование образуемых на очистных сооружениях ОСВ в качестве удобрения составляет не более 5-7%, хотя в среднем по развитым странам сельскохозяйственная утилизация ОСВ составляет 32% (Стратегия использования осадков сточных вод и компостов на их основе в агрикультуре. М.: Агроконсалт. 2002. 138 с.). В то же время в России расширяются площади несанкционированного внесения ОСВ, в том числе на сельскохозяйственные угодья. Поэтому перед сельскохозяйственной наукой стоит непростая задача - установить научно обоснованные уровни внесения питательных веществ в виде осадков сточных вод (Международный кодекс поведения в области устойчивости использования удобрений и управления ими // Плодородие почв России: состояние и возможности. М.: ВНИИА, 2019. С. 202). Поскольку почвенно-климатические условия в России отличаются от зарубежных, возникает целесообразность уточнения собственных регламентов применения ОСВ. При этом имеющиеся в России различные регламенты по применению осадков сточных вод в сельскохозяйственном производстве не согласуются между собой по допустимым дозам их внесения под различные сельскохозяйственные культуры, что требует соответствующей доработки этих регламентов. Так, по установленным правилам (СанПин 2.1.7.573-96), осадки сточных вод и компосты на их основе разрешается применять для удобрения земель, отводимых под посадки древесно-кустарниковых насаждений, питомников, парков, под долголетние культурные сенокосно-пастбищные угодья при перезалужении, зернофуражные, силосные, технические культуры, а также на паровые поля и при рекультивации земель. Этими правилами определены также временные максимально допустимые уровни (МДУ-87) тяжелых металлов в кормах для сельскохозяйственных животных: в зерне и зернофураже, в грубых и сочных кормах, корнеклубнеплодах. Указанные МДУ не служат ограничением в содержании ТМ для технических и семенных культур, так как содержание в их сельскохозяйственной продукции не может оказывать негативного влияния на потребительские свойства данной продукции. Что касается почвы, то в указанном документе приведены ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов в почвах различного гранулометрического состава (песчаных и супесчаных, глинистых и суглинистых), которые не должны превышаться при внесении ОСВ по транслокационному показателю более чем на 80%. При этом указанные санитарно-экологические нормативы (СанПин 2.1.7.573-96, пункт 3, стр. 30) отличаются от нормативов по ГОСТ Р 54651-2011 (приложение Б). По нормам СанПиН допустимая доза осадков составляет 10 т/га, по ГОСТ допускается внесение осадков до 15-20 т/га в зависимости от удобряемой сельскохозяйственной культуры.
Другой пример: в таблице 1 показано, что при внесении ОСВ под ячмень на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (Тверская обл.) в дозе 20 т/га сухой массы, что не допускается рекомендациями СанПиН 2.1.7.573-96 (пункт 3, стр. 30), содержание ТМ в растениях оказалось значительно ниже нормативов по тому же СанПиН 2.1.7.573-96 (Приложение 17), что свидетельствует о противоречии нормативов, приведенных в одном и том же документе. Даже при внесении 35 т/га сухой массы компоста с ОСВ на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве (Московская обл.) под многолетние травы содержание ТМ в растениях также было практически ниже допустимых уровней (МДУ-87 для кормовых культур).
Иначе говоря, внесение ОСВ в дозах от 6 до 35 т/га сухой массы, производимого на очистных сооружениях городов Москвы (Курьяновская станция аэрации), Твери и Вологды, не вызывало превышения содержания ТМ сверх допустимого в различных видах растительной продукции -многолетних травах, соломе льна-долгунца, зерне ячменя и клубнях картофеля. И остается вопрос, какое качество продукции будет получено при ориентации на ОДК в почвах, регламентируемые СанПин 2.1.7.573-96 (приложение 9), поскольку не известно, какая концентрация ТМ окажется в растительной продукции. Тем более, что химический состав ОСВ, произведенных на различных очистных сооружениях, а также реакция растений на содержание ТМ могут существенно отличаться от приведенных выше регламентов.
Именно с целью научного обоснования допустимых доз ОСВ для производства сельскохозяйственной продукции кормового, технического или семенного назначения с учетом содержания в ней концентраций ТМ в ФГБНУ «ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова» разработан способ получения экологически безопасной растительной продукции при использовании осадков сточных вод на удобрение. Способ заключается в сравнительной оценке уровней содержания тяжелых металлов в биомассе введенных в культуру растений с предложением по экологически безопасному использованию их в производственных целях в зависимости от доз ОСВ: кормовому, семенному, техническому. При этом разработанные ранее МДУ-87 не могут служить ограничением в содержании ТМ для технических и семенных культур, так как содержание их в сельскохозяйственной продукции не может оказывать негативного влияния на потребительские свойства данной продукции и поэтому не регламентировано МДУ-87.
Предлагаемый способ позволит увеличить применение ОСВ в качестве удобрения с 5-7% от производимого в настоящее время объема до 30-40%, т.е. до уровня, характерного для ряда зарубежных стран.
2
Предложенный способ отличается от существующих способов сельскохозяйственной утилизации осадков сточных вод проведением специальных полевых опытов с внесением в почву осадков сточных вод под сельскохозяйственные культуры в возрастающих дозах. Он предусматривает закладку полевых опытов, приуроченных к определенным почвенно-климатическим условиям объектов очистных сооружений и проводимых по схеме со следующими вариантами с возрастающими дозами ОСВ: 1. Контроль (без внесения ОСВ), 2. Доза ОСВ 10 т/га, 3. Доза ОСВ 20 т/га, 4. Доза ОСВ 30 т/га, 5. Доза ОСВ 40 т/га. Дозы осадка сточных вод приведены в расчете на сухое вещество этих осадков. При использовании вместо осадков сточных вод компостов на их основе дозы компостов увеличивают таким образом, чтобы фактические дозы ОСВ соответствовали дозам, указанным в схеме полевых опытов. Количество тяжелых металлов, вносимых с осадками или компостами на их основе, устанавливают по данным химического анализа ОСВ или компостов. Опыт должен проводиться в соответствии с общепринятой методикой (Б.А. Доспехов. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов наблюдений. М.: Колос, 1965. 335 с.). Площадь каждой делянки должна составлять не менее 10 м, повторность вариантов - трех- четырехкратная. Если предполагается участок с внесением ОСВ использовать в звене севооборота, то полевой опыт в течение нескольких лет продолжается с последовательной сменой возделываемых культур в данном звене или севообороте в целом. По результатам опыта определяется урожайность и хозяйственное качество возделываемой культуры, содержание в растениях тяжелых металлов и, в итоге, даются рекомендации по экологически безопасному использованию получаемой на загрязненной осадками продукции кормового, технического или семенного назначения с учетом ее соответствия МДУ. При получении в вариантах опытов с возрастающими дозами ОСВ продукции, содержащей ТМ в пределах нормативов МДУ, она может быть рекомендована к использованию для кормовых целей. В вариантах с превышением уровней МДУ получаемая продукция может использоваться только как техническая или семенная. Соответственно полученным результатам регламентируются дозы ОСВ для получения экологически безопасной продукции. Например, при возделывании где-либо в полевом опыте ячменя по приведенной выше схеме внесения ОСВ получено зерно с содержанием ТМ в вариантах 1 (без внесения ОСВ); 2 (доза ОСВ 10 т/га); 3 (доза ОСВ 20 т/га), соответствующее нормативам СанПин 2.1.7.573-96, приложение 17, а вариантах с внесением 30 т/а и 40 т/га, превышающее эти нормативы. Исходя из этого, зерно в первых трех вариантах по своему качеству может быть рекомендовано к использованию в кормовых целях, а полученное в двух последних может использоваться для семеноводства или для производства технической продукции, в частности спиртсодержащих материалов.
Новизна предлагаемого способа заключается в том, что реакция растений на тяжелые металлы устанавливается в полевых опытах, проводимых в конкретных почвенно-климатических условиях, т.е. в различных сельскохозяйственных районах страны, что позволит более адекватно оценивать действие ОСВ, производимых на очистных сооружениях этих районов, на растения и предопределять возможность их хозяйственного использования. Технический результат - рациональное использование ОСВ на удобрение. Для достижения этого результата анализируют данные полевых опытов.