Влияние компостирования осадков сточных вод на их агроэкологичеcкие свойства

Влияние компостирования осадков сточных вод на их агроэкологичездие свойства

В.А. Касатиков, д.с.-х.н., Н.П. Шабардина, с.н.с., ВНИПТИОУ Россельхозакадемии, Владимирская обл.

Внесение осадков городских сточных вод (ОСВ) в почву или производство на их основе различных компостов — один из основных путей решения проблемы их утилизации. Почва при этом обогащается питательными макро- и микроэлементами (азотом, фосфором, кальцием, магнием, молибденом, цинком, медью, марганцем, кобаль-

том и др.) и органическими веществами. Органические удобрения, произведенные на основе ОСВ, потенциально могут содержать 16 млн. т органического вещества, 48 тыс. т азота, 64 тыс. т фосфора, 12,8 тыс. т калия. За счет внесения ОСВ или удобрений на их основе только в Центральном федеральном округе РФ можно экономить на минеральных удобрениях до 2 млрд. руб. ежегодно.

Основными нормативными актами, регламентирующими применение осадков сточных вод в

РФ, являются СанПиН 2.1.7.573-96 [1], ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 [2] и СП 1.2.1170-02 [3].

Органическое вещество, удобрительные мак-ро- и микроэлементы, высокое содержание фосфора позволяют рассматривать ОСВ в качестве существенного источника питательных веществ в общем балансе удобрительных ресурсов как по регионам, так и в стране. Следует отметить, что за последние 15 лет существенно снизилось содержание тяжелых металлов в ОСВ. В крупных промышленных центрах и мегаполисах, таких, как Москва, Нижний Новгород, Самара, содержание тяжелых металлов (ТМ) в настоящее время в 3—5 раз ниже допустимого уровня [2].

В связи с этим основная масса ОСВ, независимо от технологии производства и промышленной специфики городов, соответствует действующему нормативу [2] и вследствие этого может использоваться в виде органического удобрения или как компонент при производстве компостов и органоминеральных удобрений.

Однако как удобрение со сложным агрогеохи-мическим составом, зависящим к тому же от соотношения бытовых и промышленных стоков, осадки сточных вод требуют особой степени изученности с использованием агрономических, агрохимических, биогеохимических, агротехно-логических и других методов исследования.

ОСВ, прошедшие стадию механического обезвреживания или подсушенные на иловых картах, представляют собой пастообразную массу, которая при подсушивании приобретает глыбистую, комковатую структуру, затрудняя равномерное внесение в почву с помощью серийных технических средств.

Одним из традиционных способов, позволяющих улучшить технологические, физические и физико-химические свойства ОСВ и сделать их наиболее приемлемыми для использования в качестве удобрения, является компостирование. На практике часто применяют компостирования ОСВ с торфом, соломой, древесными отходами.

Полученные предварительные результаты подтвердили достаточно высокую агрономическую эффективность компостов. Их применение в дозах 15 и 30 т/га совместно с минеральными удобрениями не оказало значительного влияния на микроэлементный баланс слоя почвы 0—20 см и не привело к заметному их накоплению в растительной продукции [4, 5]. В то же время не до

конца изучен процесс вермикомпостирования ОСВ, а также влияние полученного органического удобрения на агроэкологические свойства полевого агроценоза [6].

Объекты исследований: ОСВисх. — механически обезвоженный свежий осадок сточных вод с очистных сооружений г. Владимира. ОСВкомп. — этот же осадок, прошедший стадию мезофильно-го компостирования в естественных условиях в течение 10 месяцев на открытой площадке хранения. ВКосв — вермикомпост из ОСВисх. с добавлением навоза КРС в соотношении 1 : 0,15. В образцах ОСВ и ВКОСВ определяли основные агрохимические показатели общепринятыми методами, валовое содержание микроэлементов и подвижных форм ТМ — атомно-абсорбционным методом [7]. Фитотоксичность ОСВ и ВКОСВ определили методом тест-культуры. Семена озимой пшеницы замачивали в водных вытяжках в соотношении 1 : 5 на 24 часа (контроль — дистиллированная вода) и проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге (по 50 шт. в 3-кратной повторности) в течение 48 часов. По истечении этого времени измеряли длину проростков и корней. Уменьшение длины корней относительно контроля, выраженное в процентах и составляющее не менее 20%, является показателем токсичности.

Свежий механический обезвоженный ОСВ представляет собой темноцветную уплотненную массу 69%-ной влажности, со слабощелочной реакцией среды и содержанием 45,4% органического вещества (табл. 1).

ОСВисх. характеризуется высоким содержанием общих и подвижных форм азота и фосфора, но низким — калия. Узкое отношение С : К, равное 9,8, свидетельствует о том, что разложение органической массы ОСВ происходит быстро и сопровождается минерализацией азота. Исходный осадок обладает неудовлетворительными физико-механическими свойствами, в частности, повышенной вязкостью, и малопригоден для внесения в почву существующими средствами механизации.

При хранении ОСВ под воздействием факторов окружающей среды (температуры, атмосферных осадков), деятельности микроорганизмов в мезофильных условиях подвергаются естественному компостированию, которое сопровождается потерей органического вещества и азота. Так, через 10 месяцев в ОСВкомп. содержание Кобщ.

1. Агрохимическая характеристика удобрений

Вид удобрений рНсол. Золь- ность, % Углерод, % Содержание общих форм, % Содержание подвижных форм, %

N Р2О5 К2О Р2О5 К2О NNO3 NNH4 %

мг/100 г

ОСВисх. 7,6 54,6 22,7 2,30 4,07 0,53 1786 157 6 0,68

ОСВкомп. 6,6 57,2 21,4 1,58 4,55 0,53 980 90 88 0

ВКОСВ 6,4 51,6 24,2 1,59 3,86 0,77 1567 490 418 0

было в 1,5 раза ниже, чем в ОСВисх. Отношение С : N возросло до 13,5. Содержание подвижных форм фосфора и калия уменьшилось в 1,8 раза. На поверхности такого осадка при длительном хранении образуется плотная корка, препятствующая потере влаги, структура осадка — глыбистая.

При вермикомпостировании ОСВисх. наблюдается повышение обменной кислотности и снижение зольности, связанное с добавлением навоза КРС, имеющего более высокое содержание органического вещества. Содержание Кобщ. уменьшилось на 3%. Отличительной особенностью вермикомпостирования является интенсивная деаммонификация, сопровождаемая его нитрификацией. Усиление нитрификации способствовало увеличению количества нитратного азота в ВКОСВ в 7 раз в сравнении с ОСВисх.

Содержание общего и подвижного фосфора изменилось незначительно. Увеличение уровня содержания общего калия в 1,4 раза, а обменного — в 3 раза в вермикомпосте объясняется добавлением навоза КРС в количестве 25% по массе. При переработке дождевыми червями ОСВ существенно улучшились физические свойства и структура исходного субстрата. Полученное удобрение стало более гомогенно, характеризовалось более высокой водоудерживающей способностью, неслеживающееся, не имеющее неприятного запаха и пригодно для механизированного внесения в почву.

Помимо органического вещества и питательных микроэлементов (К, Р, К) в осадках сточных вод присутствуют тяжелые металлы. Среди них есть микроэлементы, необходимые для роста растений (Си, Мп, гп, Со, Мо), отрицательное влияние которых проявляется только в избыточных количествах в солевой форме, а не в виде органоминеральных соединений в составе ОСВ. Наряду с удобрительными в состав ОСВ входит

ряд микроэлементов с повышенной токсичностью к растениям и почвенному биоценозу. К ним относятся Сё, Рв, N1, Сг.

Уровень микроэлементного состава ОСВ определяется главным образом долей промышленных стоков. В 80-90-х гг. прошлого века валовое содержание в ОСВ г. Владимира было высоким: Си - 1300-2000, гп - 3500-5000, Рв - 100-200, Сё - 150-250, N1 - 300-500, Сг - 1300-2000 мг/кг сухого вещества, что существенно превышало ныне существующие нормативы (ГОСТ Р17.4.3.07-2001). За последнее десятилетие текущего столетия в связи со снижением промышленного производства достигнуто существенное изменение химического состава ОСВ г. Владимира. За счет возрастания доли хозяйственно-бытовых стоков и в связи с увеличением применения синтетических моющих средств содержание Р205 в ОСВ повышалось с 1,5—3,0 до 4-10% (на сухое вещество). Концентрация микроэлементов при этом значительно уменьшилась. Валовое содержание ТМ в ОСВ г. Владимира, используемых в опытах в 2000-2006 гг., составило: Си - 130-500, гп - 400-1200, Рв - 30, Сё - 4-100, N1 - 35110, Сг - 250-400 мг/кг. Ртуть и мышьяк присутствуют в следовых количествах.

В таблице 2 представлены результаты атомноабсорбционного анализа ОСВ и компостов, используемых при закладке опыта.

Исследования показали, что валовое содержание ТМ в ОСВисх. отвечает действующему нормативу [2].

На изменение валового содержания микроэлементов компостирование повлияло в небольшой степени. Более заметно выражено влияние вермикомпостирования на снижение уровня подвижных форм ТМ, экстрагируемых ААБ с pH 4,8. Степень подвижности элемента оценивали по отношению концентрации его в компосте к исходному осадку, выраженному в процен-

2. Содержание микроэлементов в органических удобрениях, мг/кг сухого вещества

Вид удобрений Элементы

еа Си 2п N1 Сг Рв Мп Со Ав Нв

Валовое содержание

ОСВисх. 3,6 134 397 32 246 29 350 5,7 5,51 0,64

ОСВкомп. 3,3 124 382 49 103 19 285 2,3 4,51 0,40

ВКосв 1,5 119 385 28 166 25 252 2,6 0,82 0,40

пдк 20 1000 2500 300 750 750 3000 20 16

Подвижные формы

ОСВ 0,96 10,3 84 80 24 73 84

27 8 21 25 1 25 24

ОСВ 0,63 9,6 75 20 10 30 74

^^Окомп. 19 8 19 7 1 16 26

ВК„™ 0,42 7,9 70 66 16 51 62

ВКОСВ 28 7 18 14 0,9 20 25

Примечание: над чертой - содержание подвижных форм, мг/кг под чертой - в % от валового содержания.

3. Влияние удобрений на основе ОСВ на развитие проростков озимой пшеницы

Всхожесть, % Нормально проросших, % Длина корней, мм Длина проростка, мм

одного проростка К, % на 1 семя К, %

Контроль (вода дист.) 87 72 49 100 6,9 100

Вытяжка ОСВисх 94 66 54 110 8,0 116

Вытяжка ОСВкомп. 94 66 54 110 8,2 119

Вытяжка ВКОСВ 94 52 46 94 7,1 103

тах. В вермикомпосте степень подвижности гп и N1 составила 82%, Си и Рв - 77-70%, Ск и Сё - 66 и 47% соответственно. Некоторые исследователи объясняют это тем, что в процессе вермикомпостирования возрастает фиксация Си, гп, N1 вследствие усиливающейся гумуси-рованности. Наряду с этим бурно развивающиеся в вермикомпосте микроорганизмы также способствуют переводу доступных форм ТМ в малоподвижные соединения, иммобилизуя их в протоплазме.

В лабораторных условиях с тест-культурой фитотоксического эффекта от действия ОСВ и ВКОСВ не выявлено (табл. 3).

Водные вытяжки из ОСВисх. и ОСВкомп. оказали стимулирующее влияние на всхожесть семян озимой пшеницы и развитие проростков. При замачивании семян всхожесть в сравнении с контролем возрастала на 7%. Длина корешков увеличилась на 10%, ростков - на 17,5%. Количество угнетенных ростков (не вышедших из семенной оболочки) было меньшим, чем в контроле, на 6%. Вытяжка из вермикомпоста оказала влияние только на повышение всхожести семян на 7%, одинаковое с ОСВ. На развитиие проростков в начальную фазу влияние было слабым.

Однако фитотоксического эффекта вытяжка из ВКОСВ также не оказала.

Таким образом, компостирование осадков городских сточных вод оказывает положительное влияние на их агроэкологические свойства и позволяет диверсифицировать схему утилизации городских органогенных отходов.

Литература

1. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения. Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.1.7.573-96.

2. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений.

3 . Гигиенические требования к безопасности агрохимикатов. Санитарные правила. СП 1.2. 1170-02.

4. Касатиков, В.А. Агроэкологические и технологические аспекты компостирования осадков сточных вод для перевода их в категорию «удобрение» / В.А. Касатиков, Н.П. Ша-бардина, Чжоу Дунсин // Материалы Международной научно-практической конференции 4-6 июля 2005 г. «Агрохимические проблемы биологической интенсификации земледелия». М., 2005. С. 161-168.

5. Чжоу Дунсин. Особенности компостирования осадков сточных вод и растительных остатков / Чжоу Дунсин, В.А. Касатиков, К.С. Никольский, В.А. Раскатов // Плодородие. 2005. № 3. С. 22-23.

6. Касатиков, В.А. Агротехнологические и экологические аспекты компостирования осадков сточных вод // Сборник докладов форума научно-технического сотрудничества Китая и СНГ, 2006. С. 272-273.

7. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах с/х угодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО, 1992.