Реферат: Экологическая оценка эффективности использования осадка сточных вод в качестве удобрений
Отходы городского коммунального хозяйства, в том числе и осадки сточных вод (ОСВ) в крупных городах и населенных пунктах порождают массу проблем в связи с их утилизацией.
Существует ряд способов утилизации ОСВ: сбрасывание в моря и океаны, сжигание, захоронение в почвенной среде, обезвреживание и использование в качестве органических удобрений, как добавка при приготовлении различных компостов и т.д. ( Александровская З.И. и др., 1977).В Японии, например, уже в 1981г. в эксплуатации находилось около 500 установок конечной переработки и за год перерабатывалось около 65х108 м3 сточных вод, при этом количество полученного ила составило около 24х105 м3. Они состоят на 80% из обезвоженного брикета, на 11% из пепла сжигания (пепла, получаемого в результате сжигания после обезвоживания) и других отходов (сухой или дигерированный ил) в количестве 9%.Указанные отходы ( 42% ) захоронивают в землю, сбрасывают в море ( 36%), в объеме 15% эффективно используют. Из эффективно используемых отходов 93% приходится на улучшение лугопастбищных и сельскохозяйственных земель. Главный упор делается на применение канализационного ила в качестве удобрений ( Фудзии К., 1984).
Имеются способы утилизации ОСВ посредством их размещения в воздухе.
Однако в данной среде можно разместить лишь воду, которая содержится в ОСВ, а также органические вещества, превращенные в углекислый газ и азотистые соединения. Остальная часть, а именно зола, если речь идет о сжигании, в большинстве случаев остается в почве. Следовательно, почва остается средой наиболее широко используемой для размещения ОСВ в форме накопления в определенных местах больших объемов ила или же использования их в качестве органического удобрения, модификатора почв (Вермиш Л., 1978).
Компостирование бытового мусора и осадка сточных вод за рубежом рассматривается как важный элемент стратегии повторного использования отходов. При этом решаются две задачи: во-первых, избавляются от отходов, создающих угрозу загрязнения окружающей среды, во-вторых, расширяют производство органических удобрений, потребность в которых очень велика.
Наиболее широко указанный способ переработки отходов применяется в густонаселенных развитых странах, где остро стоят проблемы охраны окружающей среды и ощущается дефицит природных ресурсов. Так, в Нидерландах перерабатывается на компост 30-40% бытовых отходов, в Австрии и Бельгии около 25%, во Франции 8% ( Покровская С.Ф., 1990).
Исследования показали, что добавление осадка при компостировании отходов создает условия для разложения целлюлозосоставляющих компонентов отходов, в частности позволяет компостировать мусор, содержащий большое количество бумаги. На некоторых компостирующих заводах США благодаря добавлению осадка сточных вод удается перерабатывать на компост отходы, содержащие до 90% бумаги (Mayer J.G.,1972). В ФРГ для этой цели используют полужидкий осадок влажностью 92-96% (доля его в составе компостируемой массы составляет 10-20%) и частично обезвоженный осадок влажностью 50-75% (доля его в массе - 14-34%) (Mach R., 1973).
Не потерял своего значения и традиционный способ полевого компостирования отходов в штабелях под открытым небом. Он прост в техническом отношении, не требует больших затрат, обеспечивает высокий обеззараживающий эффект. С помощью такого способа из бытового мусора и осадка сточных вод получают компост, обладающий высокой агрономической ценностью.
Различают 2 модификации этого способа: с использованием так называемых динамичных (с ворошением отходов) и статичных (без ворошения) штабелей; компостирование проводится в условиях принудительной аэрации. Благодаря аэрированию, улучшающему условия жизнедеятельности микроорганизмов, процесс перегнивания отходов значительно ускоряется. По методу полевого компостирования организована переработка бытового мусора, смешанного с осадком, на многих специализированных предприятиях. Так, в США на 180 из 200 компостирующих предприятий отходы перерабатывают указанным способом (Покровская С.Ф.,1990).
В Польше методом полевого компостирования получают около 4000 т компостов в год. Отбросы укладывают штабелями в три ряда (ширина каждого ряда около 2 м) с расстоянием между ними 2,5 м. Затем добавляют фекалий, бульдозер с двух сторон выравнивает мусор и формирует штабель высотой около 1,5 м.
В одном штабеле помещается около 700 м3 отбросов, а всего на заводе ежегодно закладывается 16 тыс. м3 мусора. Фекалий вносят в количестве 3 м3 на 5 м3 отбросов. При этом исходная влажность составляет 60-65%, что считается оптимальным для процесса ферментации и получения готового компоста с влажностью не менее 30%.
Для интенсификации компостирования рекомендуется применять осадок сточных вод (Кузьменкова А.М., 1976).
Крупнейший в Европе мусороперерабатывающий завод, компостирующий бытовые отходы и осадок сточных вод, построен в г. Фленсбург (ФРГ). Производительность его - 400 т компоста в день. На заводе могут перерабатываться отходы города с населением 350 тыс. человек. Технологический процесс начинается с подачи мусора в загрузочную воронку мусородробилки молоткового типа, проходя через которую, масса дробится на куски размером около 200 мм в поперечнике, а затем поступает на магнитный сепаратор. Отделенный при этом металл прессуют в брикеты весом до 40 кг и реализуют как вторичный материал. Из магнитного сепаратора масса подается в загрузочные барабаны двух компостерных барабанов длиной 40 м, диаметром 3,75 м, емкостью 200 т. Туда же поступает остаток сточных вод. Компостирование длится 24 часа при непрерывном вращении барабанов со скоростью 1,25 об/мин. В результате саморазогрева мусора температура в барабанах повышается до 60С°, при этом погибают болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов и семена сорных трав. Биотермический процесс протекает в аэробных условиях при постоянной подаче свежего воздуха. Отсасываемый из барабанов воздух очищается в земляном фильтре. В конце барабана помещены два грохота с ячейками различных размеров для отделения некомпостируемых примесей, составляющих 20-30% от веса мусора. Затем компост измельчают и выгружают на специальную площадку для дозревания, где он минерализируется в течение 90 дней.
Завод перерабатывает весь мусор и отстой сточных вод г. Фленсбург, который раньше сбрасывали в Балтийское море. По составу питательных веществ изготавливаемый компост близок к навозу, а по количеству извести превосходит последний (Кузьменкова А. М., Медведев Я. В., 1976).
В итальянских городах (Болонье, Ферраре, Мадене, Бари и др.) организованы центры, занимающиеся сбором отходов и их компостированием. При помощи специального оборудования производится просеивание, перемешивание отходов и их укладка в штабеля. Процесс приготовления компостов продолжается 6-12 месяцев. К городскому мусору добавляют отходы мясной и рыбной промышленности, масличного производства, виноделия, осадок сточных вод, опилки, древесную кору. Благодаря этому содержание азота в компостах повышается до 4%, фосфора- до 3%, калия -до 2%. При компостировании отходов в штабелях добавляют бактерии в расчете 700 тыс. живых клеток на 1г компостируемой массы, из них 10-20 % приходится на актиномицеты и стрептомицеты (Cavazza C., 1973).
Одним из способов утилизации ОСВ является его использование в качестве органоминерального удобрения, при этом одновременно решается ряд задач: исключается необходимость хранения (захоронения), повышается плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, не загрязняется окружающая природная среда.
М. Нерудова (1984) отмечает, что современное производство традиционных органических удобрений в Чехословакии покрывает лишь 70% потребности пахотных земель в органических веществах. Поэтому использование всех возможных дополнительных источников органических веществ является настоятельным требованием времени.
Ил со станций очистки сточных вод общественной канализации представляет собой важнейший источник органических, питательных и биологически активных веществ. Непосредственное удобрение илом со станций очистки сточных вод является выгодным способом использования этих отходов, если они используются соответствующим образом при определенных природных и производственных условиях. Благодаря экономической выгоде, которую приносит непосредственное удобрение илом его потребителям и поставщикам, а также всему народному хозяйству, указанный способ использования ила признается и применяется во всем мире.
В бывшем СССР общий годовой объем осадков на 1986 год составлял 4-4,7 млн. т по сухому веществу. К 1990 г он должен был увеличиться до 9 -10 млн. т ( Касатиков В.А. и др., 1982).
Однако уровень использования отходов городов и осадка сточных вод в сельском хозяйстве стран СНГ пока невысок. В почву вносится не более 4-6% осадка сточных вод с очистных сооружений крупных городов. Большая часть отходов вывозится на свалки, создающие опасные очаги загрязнения окружающей среды. При этом безвозвратно теряются содержащиеся в отходах полезные компоненты.
1.2. Удобрительная ценность ОСВ
Значительная часть продуктов полеводства (прямо или косвенно) направляется в пищу человека. Следовательно, выделения человеческого организма должны содержать большие количества азота и зольных составных частей, взятых растениями из почвы. Сравнительно с извержениями травоядных, отбросы человеческого организма должны быть процентно богаче (считая на сухое вещество) азотом и фосфорной кислотой, во-первых, потому, что пища человека богаче белками, чем корм травоядных. Если, например, в пище животных (сене) содержится 1,5% азота, считая на сухое вещество, то в пище человека его бывает от 2-3% (зерна хлебов) до 15% (мясо). Во-вторых, пища людей лучше переваривается, значит, большая часть ее окисляется, давая воду и углекислый газ, а потому оставшаяся доля еще больше обогащается газом, чем в организме травоядных.
В среднем, человек выделяет в сутки около 133 г твердых извержений и 1200 г жидких. В них содержится соответственно : азота 2 и 14 г, золы 4,5 и 14г, фосфорной кислоты 1,35 и 1,78 г, оксида калия 0,64 и 2,29 г.
Маки (Mechi J.J., 1859) говорил:" 200 тонн лондонских сточных вод эквивалентны 3,5 центнерам гуано".
На целесообразность использования в земледелии отбросов человеческого организма указывает Д.Н. Прянишников (1903). Он констатирует, что в городах отходы уходят в канализацию. Очень трудно определить, какую часть из них удается использовать. Ясно лишь одно, что при недостатке удобрений вообще нельзя игнорировать большие возможности, которые представляет этот источник азота, особенно при одновременном использовании торфа.
Первые опыты по изучению удобрительной ценности канализационного ила (ОСВ) были проведены П.С. Севастьяновым (1931-1937), который пришел к заключению, что осадки сточных вод могут приравниваться к навозу и минеральным удобрениям. Аналогичные выводы сделаны и другими авторами (Шванская Л.П, 1938, Беляк Б.И., 1955, Львович А.Н., 1965).
По данным Э. Рюмбензам и Э. Рау (1969), в ОСВ содержание общего азота и фосфора в 1,5-2 раза выше, чем в навозе КРС, а именно эти элементы определяют ценность любого вида удобрений.
Высокое содержание элементов питания в ОСВ подтверждает работа О.Д. Архип (1979). Изученный им ил с городских очистных сооружений содержал в %на сырой вес : N общий - 0,8; Р205-0,9; К20- 0,4; нитратный азот - 6,4мг/100; аммиачный азот- 457 мг/100; подвижной фосфор - 542 мг/100 г массы.
В технологическом цикле очистки сточных вод получаются различные типы осадков, которые по своим удобрительным качествам могут резко отличаться друг от друга. Для обезвоживания ОСВ могут использовать известь, хлорное железо. В этом случае они обогащаются кальцием, железом, а иногда магнием ( Туровский И.С., 1982).