Использование осадков сточных вод в качестве удобрений
Добавил пользователь Morpheus Обновлено: 19.09.2024
Использование осадков сточных вод и избыточного активного ила в качестве удобрений
Осадки, используемые как удобрения, должны обладать комплексом свойств, из которых основные - влажность, содержание фосфора, азота, калия и тяжелых металлов. Точных критериев классификации и нормирования применения осадков в качестве удобрений нет, так как состав осадков, в частности содержание в них биогенных элементов фосфора, азота, калия, сильно колеблется в зависимости от типа и происхождения осадков.[ . ]
По данным Массарани [51], активный ил содержит значительно больше питательных веществ, чем первичный осадок: 5-6% азота и 4- 7% В2О5 (по отношению к сухой массе). Содержание калия в осадках бытовых сточных вод ниже, чем фосфора и азота, и недостаточно для удобрения. Ил и осадки промышленных сточных вод, особенно пищевых производств, содержат больше биогенных элементов.[ . ]
При сбраживании содержание питательных веществ в твердом компоненте осадка значительно уменьшается, например азота на 40- 50% в результате перехода его в аммиак или растворимые в водной фазе аммонийные соли. То же происходит и с фосфором. Таким образом, при внесении осадка в почву в разбавленном виде количество питательных веществ в нем значительно выше, чем при использовании обезвоженных осадков.[ . ]
В табл. 20 приведен состав некоторых типов осадков по Массарани [21].[ . ]
Присутствие в осадках тяжелых металлов затрудняет использование их в качестве удобрений. Тяжелые метгллы могут не только вызывать интоксикацию бактерий в процессе стабилизации осадка, но и оказывать на них токсическое воздействие.[ . ]
Отходы микробиологических производств (сточные воды, осадки сточных вод, шламы от приготовления солей, активный ил и продукты его биологической переработки) содержат основные биогенные элементы (азот, магний, калий, фосфор, кальций) и могут быть использованы в составе органических удобрений.[ . ]
В сельском хозяйстве распространено естественное использование осадков сточных вод, например для формирования почвы, восстановления ее структуры на бросовых землях, повышения содержания в почве питательных элементов [52].[ . ]
При использовании солевых шламов и осадков сточных вод необходимо строго соблюдать санитарные нормы состава грунта. В ряде экономически развитых стран разработаны эколого-санитарные условия использования осадков сточных вод в сельском хозяйстве [52 - 54].[ . ]
Выбор солевых шламов, осадков и контроль за составом грунтов основаны на выявлении элементного состава минеральной части осадков по содержанию в них питательных, токсических и нейтральных элементов. К питательным элементам относятся в основном азот, фосфор, калий, кальций, магний, марганец, железо, сера, бор, цинк, медь, молибден, кобальт; токсическим - кадмий, ртуть, свинец, хром и в чрезмерных количествах цинк, медь, кобальт, бор, молибден; нейтральным - кремний и алюминий.[ . ]
Важный критерий пригодности сточных вод и их осадков для естественного, главным образом в сельском хозяйстве, использования - содержание в них тяжелых металлов. В табл. 21 приведены ПДК основных тяжелых металлов в осадках сточных вод, применяемых в сельском хозяйстве [52,54].[ . ]
Осадок сточных вод (ОСВ) промышленных предприятий, казалось бы, мало пригоден для использования при получении сельскохозяйственной продукции. В ОСВ и компостах нередко содержатся тяжёлые металлы (ТМ). Попадая в почву, они могут отрицательно воздействовать на растения, животных и человека, на природную среду в целом.
Между тем, внесение ОСВ в почву или производство на их основе различных компостов – один из путей решения проблемы избавления от огромного количества отходов, накапливающихся в населённых пунктах. Почва при этом обогащается питательными макро- и микроэлементами (азотом, фосфором, кальцием, магнием, молибденом, цинком, медью, марганцем, кобальтом) и органическим веществом. Благодаря внесению ОСВ и компостов удаётся экономить на минеральных удобрениях до 600-1000 руб./га.
Возникающие при использовании осадков экологические проблемы изучаются во многих научных учреждениях США, Канады, стран Западной Европы, а также Российской Федерации, Украины и Белоруссии. Во многих странах разработаны соответствующие рекомендации по применению ОСВ и компостов с учётом выполнения требований экологической безопасности. Применение ОСВ регламентируется нормативными актами, а также законодательным путём. Опыт, полученный по этому вопросу за рубежом, представляет интерес и для России ввиду потенциально высоких масштабов применения ОСВ и компостов на их основе в российском земледелии.
В зарубежной литературе приводятся данные, характеризующие ОСВ с точки зрения пригодности для использования в сельском хозяйстве. По заявлению главы Министерства охраны природы Франции, около 25% ОСВ, получаемых на очистных сооружениях страны, из-за повышенной загрязнённости ТМ не используются в качестве удобрения.
И у нас в стране до1991-93 гг. не менее 60% ОСВ не могло напрямую вноситься в почву из-за сверхнормативного содержания тяжёлых металлов.
Однако в настоящее время такое количество ОСВ не превышает 5-8% из-за спада промышленного производства, перепрофилирования работы промышленных предприятий и ужесточения контроля за качеством сбрасываемых в общегородскую канализацию промышленных сточных вод. В то же время многолетнее бесконтрольное внесение в почву ОСВ может приводить к загрязнению почв тяжёлыми металлами и попаданию их в сельскохозяйственную продукцию.
Один такой случай произошёл около 35 лет назад в окрестностях Мюнхена. Осадки сточных вод вывозили на поля пригородных районов, вследствие чего в почве возросло содержание ТМ. Органы санитарного надзора города были вынуждены ввести ограничения на использование загрязнённых почв и изъять из продажи зерно, полученное на этих почвах (в нём содержание кадмия превышало ПДК). Потребовалось проведение дорогостоящих мер по детоксикации загрязнённых почв, чтобы вернуть их в сельскохозяйственное производство. Аналогичная ситуация имела место на территориях, прилегающих к станциям аэрации российской столицы.
В сравнении с фоновыми концентрациями уровень содержания металлов в почвах, удобряемых осадками, как правило, повышен. К таким выводам пришли немецкие специалисты, обобщившие результаты 25-летних полевых опытов нескольких научных учреждений (агрохимического института при Боннском университете, Института питания растений и почвоведения при сельскохозяйственном научно-исследовательском центре Брауншвейга, Института растениеводства в Гессене и др.).
Биогеохимические исследования, проведённые лабораторией биотехнологических методов утилизации органических отходов ВНИПТИОУ в течение 25 лет, выявили наличие сверхнормативного накопления ТМ в почве при применении ОСВ не менее 15 т/га по сухому веществу ежегодно. Используемые в опыте ОСВ содержали Cd>90 мг/кг, Zn>3000 мг/кг, Cu и Cr соответственно не менее 1000-1200 мг/кг. При этом избыточное (свыше максимально допустимого уровня - МДУ) накопление ТМ в растениях начало проявляться только в конце периода наблюдения и только по кадмию. Это обусловлено низким МДУ его в растениях.
Зарубежные специалисты отмечают, что пока существует много неясного относительно тех эффектов, которые могут возникнуть в отдалённой перспективе при внесении осадков в почву. До сих пор имеется мало данных о том, какие изменения происходят в почве по прошествии длительного времени после прекращения внесения осадков. По исследованиям Ротамстендской опытной станции (Великобритания), спустя 20 лет после прекращения внесения осадков в почве опытных участков обнаружили уменьшение микробной массы, снижение активности дегидрогеназы, торможение азотфиксации гетеротрофами, синезелёными водорослями и клевером. Все эти изменения связывают с загрязнением почв ТМ.
В исследованиях, проводимых во ВНИПТИОУ, ежегодное внесение избыточного количества ОСВ наряду с изменением геохимического фона почвы несколько снизило активность почвенной микрофлоры. В то же время при периодическом внесении осадков один раз в пять лет не происходит угнетения почвенной микрофлоры.
Нет пока чёткого ответа на вопрос, какое количество ТМ попадает в организм животных с кормом, полученным на удобренных осадками почвах. По некоторым данным, употребление животными таких трав приводит к задержке роста, нарушениям деятельности печени и почек, выкидышам. В одном исследовании овцам и козам в течение трёх лет скармливали кукурузный силос с высоким содержанием кадмия (примерно в 10 раз выше уровня, считающегося для кормов допустимым). Силос получен из кукурузы, выращенной на поле, удобренном высокими дозами сильно загрязнённого осадка. Наблюдения не обнаружили никаких отклонений в росте и развитии животных. Содержание кадмия в молоке коз за три года проведения опытов не изменилось. Однако анализ внутренних органов забитых животных обнаружил повышенное содержание кадмия в печени и почках.
Использование в сельском хозяйстве ОСВ связано также с рядом санитарно-гигиенических проблем. Присутствие в ОСВ значительной части хозбытовых осадков обусловливает потенциальное наличие в ОСВ патогенной микрофлоры. В них могут содержаться, в частности, различные грибы, например, fusarium, из бактерий – сальмонелла, шигелла, микобактериум, а также поливирусы, вирусы. В настоящее время санитарно-бактериологическое нормирование в ОСВ проводится по наличию бактерий группы кишечной палочки и патогенной микрофлоры.
Поступившие в почву вместе с осадками патогены долго сохраняются в окружающей среде. Поэтому применение в качестве удобрения ОСВ, не прошедших стадию сбраживания в аэротенках и 1-3-летний период выдержки на иловых картах или илонакопителях, может повлечь за собой попадание болезнетворных начал в окружающую среду.
В Западной Европе неоднократно отмечались случаи сальмонеллёза крупного рогатого скота, выпасаемого на пастбищах, удобренных жидкими необезвреженными ОСВ, особенно при несоблюдении достаточного временного интервала между внесением ОСВ и выпасом животных. Следовательно, перед тем как использоваться в качестве удобрения несброженные ОСВ должны проходить этап предварительной детоксикации. Кроме сбраживания, реагентной, термической и радиационной обработок, одним из самых простых и эффективных методов обеззараживания ОСВ является их компостирование с бытовым мусором, торфом, опилками, соломой, вермикомпостирование и т.д.
Не все виды ОСВ оказывают патогенное воздействие на почвенный биоценоз. Применение аэробностабилизированных, мезофильно- и термофильносброженных ОСВ, составляющих основную массу осадков, производимых в РФ, даже в условиях систематического применения в дозах более 30 т/га по сухому веществу, не приводит к загрязнению почвы патогенной микрофлорой. Это обусловлено естественным самоочищением почвы. Наиболее интенсивно данный процесс протекает в условиях периодического раз в 3-5 лет применения ОСВ в зернопропашных севооборотах.
Тяжёлые металлы находятся в почве в разнообразных химических формах, закономерности видообразования которых мало изучены. Однако знания о наличии и характеристиках соединений металлов очень важно для понимания поведения микроэлементов в почве и обеспеченности ими растений.
Существуют металлы, которые в силу своих химических свойств при нейтрализации среды образуют подвижные соединения. К ним относятся молибден и хром, образующие в щелочной среде растворимые соли молибденовой и хромовой кислот.
На подвижность металлов в почве сильно влияет концентрация в ней органического вещества. Переход элементов в малоподвижные формы протекает интенсивно в почвах с его высоким содержанием. Мощным сорбентом почвенных микроэлементов являются вторичные глинистые минералы. В этой связи, чем тяжелее почва по механическому составу, тем активнее и в больших количествах в ней блокируются металлы. Об этом свидетельствуют результаты, полученные в опыте с глинованием.
Важно отметить, что наименее активно поглощаются никель, кадмий, цинк – т. е. микроэлементы с большим радиусом атома. Таким образом, наименьшая экологическая устойчивость характерна для почв легкого механического состава с низким содержанием органического вещества. Растения по-разному реагируют на поступление в них металлов. К группе чувствительных, то есть имеющих признаки угнетения при повышенном поступлении в них металлов, отнесены свекла столовая, морковь, репа, горох, некоторые травы – клевер (белый, горный и инкарнатный), люцерна. К группе умеренно чувствительных относятся капуста, томаты, редис и травы – костёр, некоторые виды овсяницы. Высокой устойчивостью к фитотоксическому действию тяжелых металлов характеризуется кукуруза. Определены так называемые критические концентрации ТМ в листьях растений, вызывающие снижение урожайности на 10 и 25%
В растения может переходить до 1% количества металлов, поступающих с ОСВ в почву. Несмотря на накопление металлов в зерне ячменя, внесение высоких доз ОСВ не приводит к проявлению фитотоксического эффекта.
Для регулирования внесения осадков сточных вод в почву с учетом природных требований используются законодательные акты. Правовые акты такого рода приняты в большинстве развитых стран в конце 70-х – начале 80-х годов. В них закреплены меры, обеспечивающие экологическую безопасность и предотвращение риска ухудшения санитарно-гигиенического качества сельскохозяйственной продукции.
*установление ПДК тяжёлых металлов в осадках, компостах и удобряемых ими почвах;
*гигиенические регламенты на допустимые поступления металлов в почву;
*введение ограничений на внесение осадков и компостов в почву.
На примере ФРГ и США рассмотрим более подробно действующие за рубежом законодательства такого рода. В ФРГ согласно распоряжению, введённому в 1983 г., партии осадков, поставляемые землевладельцам, должны снабжаться паспортом, в котором помимо сведений о питательных элементах содержатся также данные о загрязнённости нежелательными веществами. В случае сильного загрязнения ОСВ тяжёлыми металлами (при превышении ПДК) его использование в земледелии разрешается только санитарными органами. При внесении ОСВ необходимо предварительно проводить анализ почв на содержание ТМ и определять их кислотность рН. Не разрешается вносить ОСВ под овощные и плодово-ягодные культуры. При внесении ОСВ на пастбища устанавливаются определённые сроки ожидания при стравливании травостоя.
В США внесение ОСВ регулируется правилами, принятыми в 1979 г. При разработке этих правил руководствовались существующим природоохранным законодательством, в частности, законом о борьбе с загрязнением вод, о качестве и чистоте воды и др. Правила в общем виде регулируют внесение осадков с учётом природоохранных требований. В разделе правил, касающемся предотвращения загрязнения среды ТМ, основное внимание уделено кадмию.
Ограничения на его поступление установлены в зависимости от ёмкости поглощения почв и вида сельскохозяйственных культур. В дополнение к федеральным правилам в отдельных штатах действуют свои собственные распоряжения, регулирующие внесение ОСВ. Согласно этим распоряжениям муниципальные власти или фирмы-подрядчики, занимающиеся внесением ОСВ, должны получить разрешение у соответствующих органов.
В штате Вирджиния, например, это Управление по качеству воды. В штате Огайо – местное отделение Агентства по охране окружающей среды. Податели заявки на получение разрешения представляют в эти учреждения всю необходимую информацию, данные о составе и свойствах ОСВ, заключение санитарных органов о пригодности их для использования в качестве удобрений, сведения о предполагаемых сроках внесения осадков в почву одного и того же участка. Кроме того, они представляют данные о природных особенностях участка, где намечается внесение ОСВ (о его топографии, близости водоёмов, наличии строений, свойствах почв, доступности участка для транспортных средств, перевозящих осадок), а также данные об особенностях сельскохозяйственного производства (выращиваемые культуры, севообороты и пр.). Ведомства, выдающие разрешения, также обследуют этот участок.
Как правило, за рубежом проводится оценка почв по их пригодности для внесения осадков и компостов, исходя из интенсивности протекающих в них процессов самоочищения. Такую оценку делают на основании данных о кислотности почв, содержания в них глинистой фракции, органического вещества, об их проницаемости, подверженности эрозии, затоплению и др.
В Австрии на основании этих данных проводится картирование почв по их устойчивости к загрязнению ТМ. Эти карты широко используются при разработке программ применения ОСВ и компостов из отходов.
О том внимании, которое придаётся за рубежом сохранению экологии при внесении отходов, свидетельствует опыт Франции. В этой стране при Министерстве окружающей среды создана специальная служба контроля за изменением уровня содержания ТМ в почвах, удобряемых осадками. Полученные в ходе наблюдений данные позволяют выделить в средней и долгосрочной перспективе тенденции изменения содержания металлов, что даёт возможность в случае необходимости заблаговременно принять меры для предотвращения нежелательных последствий загрязнения.
Во многих развитых странах накоплен положительный опыт использования ОСВ и компостов, не наносящего ущерба природной среде. Так, в округе Ольденбург (ФРГ) внесение осадков в почву хозяйств проводится под надзором сотрудников местного филиала Сельскохозяйственной палаты, следящих за соблюдением требований распоряжения относительно утилизации органических отходов в земледелии. Поставляемые земледельцам партии осадков (отпускается бесплатно!) снабжаются сертификатами с данными о содержании в ОСВ питательных элементов и загрязняющих веществ. На основании этих данных сотрудники филиала рассчитывают дозы осадков. Они же регулярно проводят анализы удобряемых осадками почв и составляют кадастр почв, в которые были внесены ОСВ. Земледельцам вменяется в обязанность вести учёт количества внесённых осадков, а также поступающих с ними в почву питательных элементов и токсических веществ.
В нашей стране внимание к использованию ОСВ не такое масштабное. В Российской Федерации в 1996 г. опубликован СанПин 2.1.7.573-96, регламентирующий гигиенические требования к использованию сточных вод и осадков для орошения и удобрения. В 2001 г. введён в действие соответствующий ГОСТ. Основными ведомствами, регламентирующими применение ОСВ в сельском хозяйстве РФ, являются областные комитеты природных ресурсов и областные государственные центры санитарно-эпидемиологического надзора.
В заключение статьи хотелось бы назвать некоторые технологические приёмы, позволяющие уменьшить загрязнённость ОСВ тяжёлыми металлами. Это прежде всего ряд мер, имеющихся в распоряжении промышленных предприятий, таких как отказ от сброса в канализационную сеть сильно загрязнённых сточных вод, предварительная обработка осадков и т.д.
Перспективным показало себя экстрагирование металлов из осадков микробиологическими методами (есть положительный опыт в Канаде). Помогает решить задачу раздельный сбор отходов с выделением органической фракции, обеспечивающей меньшую загрязнённость компоста ТМ, как это делается, например, в Дании, Швейцарии, Японии. Поучителен опыт Швеции, где правительство ввело запрет на использование кадмия в некоторых отраслях промышленности, что привело к снижению загрязнённости ОСВ металлами.
После того, как вода в индивидуальных очистных сооружениях проходит очистку, ее сливают на грунт или отправляют далее в ливневую канализацию. При этом, с самой очистной системе остается нерасворяемый осадок, который с разной периодичностью для разных станций очистки следует удалять.
Как должна производиться утилизация осадка очистных сооружений в зависимости от их типа, куда затем деваются нерастворимые органические и неорганические остатки?
Типы осадков в очистных сооружениях
Давайте сначала разберемся, какие и где образуются осадки в зависимости от типов очистных сооружений. А уже затем поймем, как производится утилизация осадка очистных сооружений для каждого из этих типов.
Выгребная яма
Собственно эта емкость очистным сооружением не считается, поскольку является всего лишь накопительным резервуаром для сточных вод из дома. Все сточные воды, которые попадают в выгребную яму, должны выкачиваться ассенизаторской машиной и отправляться на утилизацию.
Единственный случай, когда выгребная яма может считаться очистным сооружением, это когда имеет место быть ее сезонное использование. То есть, например, летом яму наполняют, а затем оставляют в таком виде до весны.
Весной хозяин, приехавший к себе на участок, обнаружит лишь уже переработанный анаэробными бактериями осадок на дне ямы и выгребную яму, полную относительно чистой технической воды.
Эти средства бактериями, обитающими в выгребной яме, не разлагаются. А значит, все химические вещества из воды, использованной для полива огорода, окажутся у вас на столе в составе зелени и овощей.
Если же вы не сливаете в выгребную яму различную химию, то эту воду вполне можно использовать на полив.
Что же делать с густым осадком, который заполняет примерно 1/5 часть выгребной ямы? Откачайте его на компостную кучу. Отлежав 3-4 месяца вместе с перепревшей травой и остатками ботвы с вашего огорода, к осени из этого получится отличный компост с полным набором мочевины, клетчатки и микроэлементов.
Перекопав огород с таким компостом, на следующий год вы получите отличный урожай зелени и овощей.
Еще момент. За осень анаэробные бактерии, при отсутствии новых поступлений сточных вод в выгребную яму, полностью переработают весь объем органики в емкости. И затем погибнут без питания.
Септик
Септик уже является полноценным очистным сооружением, в котором анаэробные бактерии перерабатывают сточные воды. Методы обработки осадков сточных вод в септике несколько отличаются от таковых в выгребной яме. Осадок в септике образуется постоянно и 1 раз в год, в зависимости от емкости камер септика, его нужно откачивать.
Обычно для этого вызывают ассенизаторскую машину. Однако и в септике можно использовать осадки сточных вод как удобрение, откачав их самостоятельно в компостную яму на своем участке.
Для септика сухой остаток в сточных водах – это совершенно нормальное явление, поскольку анаэробные бактерии не в состоянии переработать минеральные вещества, поступающие в первую емкость вместе со сточными водами.
Станция локальной очистки
Утилизация ила с очистных сооружений типа Топас и Тверь осуществляется каждые три месяца в процессе проведения технического обслуживания этих станций. Из отсека, где собирается твердый осадок в виде ила, производится откачка в компостную яму.
Сколько по времени длится переработка ила с очистных сооружений в компостной яме? Примерно 3-4 месяца. По окончании этого срока готовое удобрение можно вносить в землю, перекапывать огород или поливать раствором кусты и деревья.
Как видите, не обязательно вывозить все сточные воды с собственного участка. Можно использовать их для удобрения и полива огорода, осуществляя, тем самым, закономерный круговорот веществ в живой природе.
Сегодня после того, как каждый из нас столкнулся с вынужденным долгосрочном пребыванием дома, бытовые услуги стали особенно насущными. Как и их качество, стоимость. И если со стороны потребителя картина выглядит не всегда, мягко говоря, понятной, то со стороны заинтересованного инвестора, рассматривающего вложения в сферу ЖКХ возникает еще больше вопросов. Начиная от состояния инфраструктуры до предельного тарифа и возможного размера дохода.
В данной статье мы хотели бы вам рассказать о мало известной сфере для инвестирования, но весьма перспективной - утилизации осадка сточных вод. И кратко, поделиться своими наработками по рассматриваемым проектам строительства заводов по производству твёрдого биотоплива и органоминеральных удобрений.
А запах…
Сточные воды из канализационных труб содержат много загрязнителей – фекальные массы, поверхностно-активные вещества. Поэтому перед тем, как выпустить их в водоем, необходима поэтапная очистка, включающая механический и биологический способы.
Механический способ – это когда хозяйственно-бытовые сточные воды поступают в насосную станцию, в резервуар. Воды попадают в цех механической очистки для избавления от крупных отходов. А биологический способ – это когда уже с помощью специальных бактерий, водорослей сточные воды очищают от загрязнений. Также существует доочистка сточных вод, потому как механический и биологический этапы очистки удаляют 90% загрязнителей, однако не избавляют воду от микроорганизмов, что опасно для нас и окружающей среды. Далее происходит обеззараживание воды, где используется хлорирование, озонирование, гамма-облучение, переменный ток, ультразвук, ультрафиолетовое излучение. Для очистки поверхностных вод из водоема перед подачей в наши дома используются отстойники и фильтры. Чтобы обработать канализационные отходы, применяют аэротенки, метантенки, септики, поля орошения и фильтрации, биологические пруды. Вот такой многоступенчатый, но необходимый процесс.
Выпасть в осадок
Ил, которые является основой для рассматриваемой сферы инвестирования - образуется на этапе биологической очистки. Он удаляется, обезвоживается и утилизируется. Для обезвоживания ила используют вещества, сгущающие его. Затем его помещают в илоуплотнитель, далее в центрифугу. И высушивают теплым воздухом.
Также исходя из последней судебной практики получение илового осадка является стадией производственного процесса предприятия, а конечным результатом этого процесса является производство, например, удобрений и их реализация. Т.е. осадок в данном случае сырье для изготовления довольно широкого спектра продукции и его нельзя считать отходом до того момента, когда водоканал полностью откажется от дальнейшего использования осадка и повезет его на полигон для захоронения.
Сбраживание или сжигание
- Использование энергетического потенциала ОСВ через утилизацию биогаза, образующегося при сбраживании осадка. Полученный биогаз используется на высокопроизводительной ТЭЦ для производства электроэнергии, которой хватает как для работы самой ТЭЦ, так и для удовлетворения потребностей в электроэнергии очистных сооружений.
- Другими известными способ является - сжигание и пиролиз. Основная проблема, возникающая при сжигании осадка, заключается в образовании продуктов сгорания, содержащих токсичные соединения, а также некоторого количества золы, содержащей в своем составе тяжелые металлы и другие токсичные вещества. В результате пиролиза ОСВ также образуются вторичные отходы, в том числе твердый остаток (органоминеральная композиция). Перспективным направлением использования вторичных отходов, образующихся при сжигании и пиролизе ОСВ, считается их применение в производстве строительных материалов.
- термофильное (при температуре не менее 55-60°C) сбраживание в метантенках;
- пастеризация в специальных инженерных сооружениях при температуре 70°C в течение 20 минут;
- обработка в биобарабанах;
- сжигание в специальных инженерно-технических сооружениях (многопудовые или барабанные печи, реакторы со взвешенным слоем и др.);
- метод аэробной стабилизации в течение 5-6 суток с предварительным прогревом смеси сырого осадка с активным илом при температуре 60-65°C в течение 1,5 часов;
- обработка тиазоном в дозе 2% к общей массе осадка при экспозиции 10 суток;
- обработка овицидами биологическими ингибиторами-стимуляторами с минимальной дозировкой 1 литр на 60 м3 осадка влажностью более 85%, после чего не требуется дополнительной дезинвазии осадков сточных вод.
Проблемы для государства, но возможности для бизнеса
ОСВ создает проблему не только из-за необходимости защиты окружающей среды.
Утилизировать осадок (сжечь или даже переработать) достаточно дорого, строительство заводов, как правило, даже по очень скромным подсчетам может обойтись водоканалам в миллиарды рублей. Для водоканалов перейти за свой счет на новые технологии невозможно. Но выход нужно искать уже сегодня, деваться тут некуда. Так как, повторимся, огромные объемы осадков необходимо куда-то деть, мест для этого не хватает, при этом не нарушив множество природоохранных и санитарно-эпидемиологических требований. Добавим к этому крайне жесткое тарифное регулирование и отсутствие необходимых средств.
Метод утилизации осадков подбирается индивидуально для каждого предприятия с учетом: состава ОСВ, наличия территорий, заинтересованности предприятий региона в продуктах утилизации и т.д. Также ОСВ индивидуальны по своему химическому составу, и имеют различные технологические свойства, в частности, например, основным лимитирующим показателем является содержание в них тяжелых металлов.
Первые подходы к снаряду
Рассмотри, проблематику и варианты решения на конкретном примере Московского региона, который имел место в нашей практике в составе нескольких заинтересованных инвесторов в период от 2013 до 2019 годов.
В процессе очистки сточных вод на сооружения ежегодно суммарно образуется 900 тыс. м3 обезвоженных осадков, которые направляются на полигоны и представляют санитарно-эпидемиологическую опасность. Осадок используется для рекультивации отработанных карьеров на территории Московской области, расположенных на расстоянии более 100 км от места получения осадков. Ввиду сокращения площадей для размещения осадка надежность существующей схемы утилизации с каждым годом снижается, растет риск экологических платежей, что в конечном счете приведет к увеличению тарифа на услуги водоотведения.
Для оптимизации схемы утилизации осадка Мосводоканал рассматривал разные варианты и предложения частных инвесторов. Например, заинтересованными инвесторами был выполнен технический аудит существующих передовых технологий и проведены пилотные испытания установок Andritz и VOMM по сушке ОСВ на Люберецких очистных сооружениях. Полученный в ходе испытаний высушенный осадок был сертифицирован в соответствии с действующим законодательством РФ. Результаты испытаний позволили утверждать, что данная технология применима для Москвы (с учетом специфического состава осадка сточных вод): объем осадка сточных вод в результате сушки уменьшился примерно в 4 раза, его влажность снизилась с 74% до 12%.
Опробованная технология предполагала высокотемпературную переработку осадка в твёрдое биотопливо и минеральные удобрения. Учитывая энергетический потенциал образующегося на сооружениях осадка (калорийность составляет более 12 МДж/кг), открывались возможности использования его как на цементных заводах и тепловых электростанциях, так и в сельском хозяйстве. К сожалению, далее проект не был реализован из-за резкого изменения валютного курса и невозможности установления ранее оговоренного тарифа.
Далее, проект был пересчитан уже другим инвестором через несколько лет и по экспертной оценке реализации проекта суммарно составляла около - 11 млрд. руб., не включая подготовку участка, подключение коммуникаций осуществляется от границ земельного участка. Выполнение проекта предполагалось осуществлять в два этапа.
Реализация второго этапа - на КОС требовало дополнительной детальной проработки в части определения места строительства, статуса земельного участка, возможности прокладки и подключения инженерных сетей. Кроме того, как при реализации первого этапа, так и второго этапа стоял вопрос определения логистической схемы транспортировки готового биотоплива до потребителей. Проект также не был осуществлен по причине несогласования существенных условий проекта с заинтересованными сторонами.
Но надо отметить, что сегодня, с учетом изменившихся экономических условий в целом по стране без капитального гранта со стороны города трудно будет обойтись. Только если через повышение действующего тарифа минимум на треть и выше.
В настоящее время продолжается вестись проработка вопроса полномасштабного внедрения данной концепции утилизации осадков. Все также через участие частного инвестора. В частности, завершился первый этап открытого конкурса по строительству и эксплуатации двух заводов по экологичной переработке илового осадка на юго-востоке Москвы. Во второй этап конкурса вышли три инвестора, с одним из них будет подписано концессионное соглашение на 20 лет уже в марте 2021 года, инвестиции в создание заводов составят более 25 млрд. рублей.
Преимущества
Весь комплекс (или объект) оформляется в собственность государства (публичного партнер, концедента), а частный инвестор (концессионер) забирает объекты к себе на баланс и долгие годы (как правило от 10 и до бесконечности лет) эксплуатирует, и управляет процессом. Также через тот же конкурс решается вопрос с земельным участком, так как участки, которые можно рассматривать, в большинстве своем принадлежат государству в лице региона или муниципалитета, при этом площадки должны удовлетворять множеству жестких санитарных, экологических, технических, геологических и градостроительных норм и часто возможность предоставления таких участков есть лишь в удаленных от крупных агломераций зонах. Частный инвестор также подписывает договор аренды, который является приложением концессионного соглашения.
Концессия не заключается менее чем на пять лет, так как помимо основных целей по приведению к технологическому процессу выбранный объект, проект необходимо и окупить, и заработать.
Объем инвестиций концессионера зависит от конкретного проекта и используемого подхода в применении выбранной технологии. При этом размер платы или уровень тарифа в течение срока эксплуатации объекта должны оставаться такими, чтобы выполнялась финансовая модель, которая также является частью концессионного соглашения. По истечении срока соглашения объекты возвращается публичному партнеру.
- возможность выполнения комплекса работ по созданию и последующей эксплуатации объекта на основании одного соглашения;
- гибкое перераспределение рисков, связанных с созданием и последующей эксплуатацией объекта;
- расширенная ответственность концессионера в части исполнения своих обязательств;
- возможность гибкого структурирования платежного механизма, через рассрочку оплаты работ (не сразу, а периодами).
- Капитальный грант, т.е. принятие на себя концедентом часть расходов на создание объекта концессионного соглашения.
- Эксплуатационный грант, т.е. принятие на себя концедентом части расходов на использование (эксплуатацию) объекта концессионного соглашения.
- Плата концедента.
- инвестиционный платеж, направляемый на возмещение затрат концессионера в связи с проектированием и созданием объекта;
- эксплуатационный платеж, направляемый на возмещение (финансовое обеспечение) затрат концессионера в связи с эксплуатацией объекта.
Концессионное соглашение наиболее частый вид контракта, который используют в сфере ЖКХ, если речь идет о частном инвестировании. Данный закон как достаточно прописывает необходимые риски, так и уже достаточно проработан судебной практикой. Поэтому для заинтересованных инвесторов, на наш взгляд, сложности при структурировании проекта составят именно отраслевые нормативы, плюс согласование существенных условий и, конечно, выбор технологических решений. Этот материал опубликован на платформе бизнес-сообщества Forbes Council
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения органо-минеральной удобрительной смеси, который включает смешивание осадков городских сточных вод с наполнителем, разрыхлителем и детоксикантом, причем в качестве наполнителя, разрыхлителя и детоксиканта используют сосновые опилки с размером фракции до 2 мм, которые смешиваются с осадками городских сточных вод с размером фракции до 5 мм в массовом соотношении 1:0,5, соответственно, и затем смесь подвергается компостированию. Изобретение позволяет упростить, удешевить технологию получения органо-минеральных удобрений и повысить удобрительную ценность конечного целевого продукта. 2 н.п. ф-лы, 10 табл., 2 пр.
Изобретение относится к областям экологии и сельскому хозяйству и предусматривает биоконверсию органосодержащих отходов с помощью компостирования. Изобретение позволяет получить с помощью компостирования из муниципальных осадков сточных вод (ОСВ) органо-минеральное удобрение (компост) и может быть использовано при утилизации и рециклинге ОСВ, образующихся на городских станциях аэрации.
Одной из экологических проблем является утилизация ОСВ городских очистных сооружений. Сточные воды в нашей стране все еще остаются смешанными.
Высокое содержание питательных веществ (азота, фосфора, калия) и соответствие ОСВ по санитарно-бактериологическим и паразитологическим нормативам указывают на их высокую удобрительную ценность и возможность использования в качестве органо-минерального удобрения при выращивании технических культур, озеленении, ремедиации нарушенных земель и биологической рекультивации (табл.2 и 3).
При выборе способа переработки ОСВ в настоящее время предпочтение отдается биотехнологическим процессам, в частности компостированию.
К настоящему времени накоплен значительный опыт по использованию в качестве органических удобрений (ОСВ) 1.
К наиболее известному способу детоксикации ОСВ, послужившему прототипом изобретения, относится добавление к ОСВ извести [4]. Однако известкование как прием снижения фитотоксичности ТМ не универсален из-за того, что некоторые микроэлементы (хром, молибден и др.) в нейтральных почвах более подвижны, чем в кислых. Кроме того, известкование вызывает подщелачивание почвенного раствора, что может негативно отразиться на росте и развитии растений, предпочитающих слабокислую реакцию почвенного раствора.
Сущность изобретения заключается в том, что в предложенном способе в качестве наполнителей, разрыхлителей и детоксиканта использовали сосновые опилки и низинный торф (табл.4), которые добавлялись в обезвоженный осадок ОСВ, перемешивались и подвергались компостированию. Это позволяет, с одной стороны, улучшить физико-химическую структуру ОСВ, ускорить процессы компостирования и гумификации, а с другой стороны, снизить негативное действие тяжелых металлов и других поллютантов и пролонгировать действие питательных веществ, содержащихся в ОСВ.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения органо-минерального удобрения смешивали ОСВ с сосновыми опилками с размером фракции до 2 мм или низинным торфом (фракция размером до 2 мм). Компостирование проводилось в полевых условиях летом 2008 года при температуре воздуха от 25-35°C. Для этого использовался обезвоженный ОСВ со сроком хранения 3 месяца, отобранные с временных иловых площадок и имеющие размер фракции до 5 мм.
Осадок смешивался в зависимости от варианта опыта с разными наполнителями:
1-й вариант: ОСВ + сосновые опилки;
2-й вариант: ОСВ + низинный торф.
Соотношение ОСВ: наполнитель определялось расчетным путем, исходя из условия соотношения углерода к азоту в конечном продукте компосте 20:1 и составляло по объему в смеси - ОСВ: опилки - 1:2 или по массе 1:0,5, а ОСВ: торф по массе - 1:1. Соотношение углерода к азоту в исходном осадке составило 10:1, в смеси с стилками до начала компостирования - 24:1, а в смеси с торфом - 14:1.
Составляющие компоненты в соответствии с вариантами опыта (1-й вариант - ОСВ + опилки, а 2-й вариант - ОСВ + торф) укладывались рыхло в бурты послойно, начиная с наполнителя. Высота каждого слоя составила 10-15 см, а средняя высота бурта достигала до 1 метра.
Влажность компостируемой смеси поддерживались на уровне 70-80% путем полива дождеванием. Для поддержания аэробных процессов проводилось перемешивание компостируемой смеси каждые 2 недели. Период компостирования составил 98 дней. Затем полученный компостированный субстрат подвергался дальнейшему процессу созревания и гумифицированию естественным путем в лабораторных условиях в ящиках. высотой 25 см, шириной 26 см и длиной 35 см при комнатной температуре в течение 4-х месяцев. При этом поддерживалась влажность на уровне 55-60% путем полива водопроводной отстоявшейся водой.
Заявляемое изобретение иллюстрируется примерами.
Как показали исследования, разбавление ОСВ сосновыми опилками и последующая ферментация этой смеси приводили к изменению ее химического состава. В таблице 5 представлены результаты химического состава ОСВ компостной смеси до и после компостирования.
В результате компостирования ОСВ с сосновыми опилками в компостной смеси произошли следующие изменения. После компостирования в конечном продукте содержание питательных элементов NPK существенно увеличилось, а валовое содержание тяжелых металлов снижалось. Кроме того, содержание подвижных форм хрома снизилось почти на 70%. Бенз(а)пирен и нефтепродукты в исходной смеси до компостирования и в конечных продуктах после компостирования не обнаруживались.
Использование низинного торфа в качестве наполнителя и детоксиканта при компостировании ОСВ также приводило к изменению агрохимических показателей конечного продукта. После компостирования в конечном продукте содержание питательных элементов NPK также существенно увеличилось. Однако компостирование в смеси с низинным торфом не оказало влияния на содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в конечном продукте.
В ходе исследований отмечено положительное влияние компостов на рост и развитие крупноцветковой гортензии, как при выращивании культуры на чистом 100% компосте, так и в составе почвосмеси (2%). У всех опытных растений в зависимости от состава компоста с разной степенью интенсивности увеличивалось количество листьев, их площадь. Разница по сравнению с контролем (традиционная торфосмесь) составляла от 40 и более 100%. Лучший эффект наблюдался в вариантах с компостами, полученными на основе ОСВ и сосновых опилок, ОСВ и низинного торфа (таблицы 7-9).
При выращивании ярового рапса на агроземе торфяно-минеральном с использованием компоста на основе ОСВ и низинного торфа (табл.10) увеличивалась сырая и сухая масса растений, диаметр стебля, количество стручков и их масса на 80 и более 100% по сравнению с контролем (почва - агрозем торфяно-минеральный).
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный способ отличается новой совокупностью признаков, состоящих в том, что для улучшения процесса компостирования и детоксикации муниципальных ОСВ добавляются сосновые опилки или низинный торф в определенных пропорциях и это является принципиально новым. Вышеуказанные обстоятельства свидетельствуют о соответствии заявленного технического решения критерию "Новизна".
Сравнение заявленного способа с известными способами показывает, что оно для специалиста не следует явным образом из уровня техники. Это свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "Изобретательский уровень".
Таким образом, использование предлагаемого способа приготовления компоста из муниципальных ОСВ позволяет по сравнению с существующими способами упростить, удешевить технологию получения органо-минеральных удобрений и повысить удобрительную ценность конечного целевого продукта.
1. Покровская С.Ф., Касатиков В.А. Использование осадка городских сточных вод в сельском хозяйстве. - М.: ВНИИТЭИагропром, 1987. - 61 с.
2. Жукова Л.А. Осадки сточных вод в качестве удобрения // Химизация сельского хозяйства. - 1988. - 10. - С.35-39.
3. Иванов И.А., Иванова И.О., Кравчук В.И. и др. О возможности использования осадка городских сточных вод в качестве органического удобрения // Агрохимия. - 1996. - 3. - С.85-92.
| Таблица 1 | |||||||
| Содержание вредных веществ в обезвоженном ОСВ вод цеха биологической очистки ЗАО РНПК. | |||||||
| Показатель | ПДК в почве, мг/кг (МУ 2.1.7.730-99) | Содержание в ОСВ, мг/кг | |||||
| валовая | подвижная | подвижная форма | валовая форма | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| Свинец (Pb) | 32-130 | 6 | +3 | - | 6 | - | - |
| - Cr +6 | - | 0.05 | - | - | |||
| Никель (Ni) | 20-80 | 4 | 4,9 | 161 | |||
| Цинк (Zn) | 55-220 | 23 | - | 799 | |||
| Медь (Cu) | 33-132 | 3 | - | 239 | |||
| Ртуть (Hg) | 2.1 | 1.0 | - | 0,44 | |||
| Мышьяк (As) | 2-10 | - | - | 3,5 |
| Таблица 1. Продолжение | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 3,4-Бенз(а)пирен | 0.02 | - | - | 0,046 |
| Нитрат-ион (NO 3 -) | 130 | - | - | 1750 |
| Нефте- продукты (сумма) | 1000 | - | - | 4700 |
| 90 Sr | - | - | - | 2.75 |
| 137 Cs | - | - | - | 3.93 |
| 232 Th | - | - | - | 7.5 |
| 226 Ra | - | - | - | 10.89 |
| 40 K | - | - | - | 100.1 |
| * Временно допустимый уровень удельной активности ТРН≤1 | 0,18 | |||
| * Расчет временного предельно-допустимого уровня удельной активности ТРН: ACs/45+ASr/30=3,93/45+2.75/30=0.087+0.092=0.18 |
| Таблица 3 | |||||
| Санитарно-бактериологические и санитарно-паразитологические показатели ОСВ цеха биологической очистки ЗАО РНПК | |||||
| П/п | Показатели | Результат исследования | Величина допустимого уровня, не более | Ед. изм. | НТД на методы исследования |
| Микробиологические исследования | |||||
| 1 | БГКП | 10 | 10 | Кл/г | МУ 2293-81 |
| 2 | Индекс энтерококков | 0 | 0 | Кл/г | МУ 2293-81 |
| 3 | П/г бактерии, в.т.ч. сальмонеллы | отс. | 0 | Кл/г | МУ 2293-81 |
| Паразитологические исследования | |||||
| 4 | Яйца гельминтов | 0 | 0 | Экз./кг | МУК 4.2.796-99 |
| 5 | Цисты лямблий | 0 | 0 | Экз./100 г. | МУК 4.2.796-99 |
| Энтомологические исследования | |||||
| 6 | Личинки и куколки мух | 0 | 0 | Экз./кг | МУ 2.1.7.730.-99 |
| Таблица 9 | |||||
| Влияние компостов на рост и развитие крупноцветковой гортензии при выращивании на почвосмесях с компостом из осадка сточных вод ЗАО РНПК | |||||
| Показатели в фазу цветения | Варианты | ||||
| Торфосмесь традиционная (контроль) M*±m | ОСВ + торфосмесь традиционная M*±m | Компостируемая смесь 1 (осв + опилки) M*±m | Компостируемая смесь 1 + торфосмесь традиционная M*±m | Компостируемая смесь 2 + Торфосмесь традиционная M*±m | |
| Количество соцветий, шт. | 3,0±0,75 | 6±1,7 | 9±2,5 | 9±2,7 | 8±2,0 |
| Количество цветков в соцветии, шт. | 53±13 | 60±16,8 | 58±13,0 | 59±15,3 | 55±13,7 |
| Диаметр соцветия, см | 9±2,2 | 9±2,5 | 13,4±3,3 | 8.5±2,1 | 7±1,9 |
| * достоверно для p=0,95 |
1. Способ получения органоминеральной удобрительной смеси, включающий смешивание осадков городских сточных вод с наполнителем, разрыхлителем и детоксикантом, отличающийся тем, что в качестве наполнителя, разрыхлителя и детоксиканта используют сосновые опилки с размером фракции до 2 мм, которые смешиваются с осадками городских сточных вод с размером фракции до 5 мм в массовом соотношении 1:0,5 соответственно, и затем смесь подвергается компостированию.
2. Способ получения органоминеральной удобрительной смеси, включающий смешивание осадков городских сточных вод с наполнителем, разрыхлителем и детоксикантом, отличающийся тем, что в качестве наполнителя, разрыхлителя и детоксиканта используется низинный торф с размером фракции до 2 мм, который смешивается с осадками городских сточных вод с размером фракции до 5 мм в массовом соотношении 1:1 соответственно, и затем смесь подвергается компостированию.
Читайте также: