Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный анализ состояния проблемы 11
1.1 Применение полимеров акриламида и замещенных акрнламидов 12
1.2 Катионные флокулянта 15
1.3 Применение сополимеров акриламида в технологии механического обезвоживания осадков сточных вод. Биополимеры 23
1.4 Природа почвенного гумуса и образование полимер-полимерных комплексов 30
1.5 Искусственная почва и способы ее получения 38
1.6 Современное состояние проблемы утилизации осадков сточных вод 40
Глава 2. Объекты н методы исследовании 47
2.1 Физико-химические методы исследовании 48
2.1.1 Отбор проб 48
2.1.2 Идентификация структурных элементов 48
2.1.3 Рентгено-фазовый анализ 49
2.1.4 Определение органических веществ 50
2.1.5 Определение удельной электрической проводимости 50
2.1.6 Определение катионо-анионного состава 51
2.1.7 Определение фенола 51
2.1.8 Определение цианидов 52
2.1.9 Определение содержания тяжелых металлов 52
2.1.10 Определение водопоглощения (влагоемкости) 53
2.1.11 Определение массовой доли влаги 53
2.1.12 Определение плотности 53
2.2 Методы агро- н биохимических исследований
2.2.1 Подготовка опытных площадок и отбор проб 54
2.2.2 Метод определения общего содержания хлорофилла 54
2.2.3 Определение общей обводненности тканей фитомассы 55
2.2.4 Определение гуминовых кислот 55
2.2.5 Оценка токсичности искусственной почвы 57
Глава 3. Физико-химические основы процесса переработки осадков сточных вод в искусственную почву 58
3.1 Общая характеристика технологического процесса 59
3.1.1 Характеристика готовой продукции 64
3.2 Физико-химические основы образования полимерной композиции 65
Глава 4. Биохимические и агрохимические исследования искусственной почвы 82
4.1 Экологический мониторинг почв и растительной массы, выращенной с почвоулучшающей добавкой «искусственная почва» 94
Глава 5. Получение "Органокомпоста" 107
5.1 Исследование физико-химического состава органокомпоста 114
5.2 Гумификация и ценность органокомпоста 123
5.3 Экономическая эффективность разработки 126
Выводы 127
Список использованных источников 129
Приложение 142
- Применение сополимеров акриламида в технологии механического обезвоживания осадков сточных вод. Биополимеры
- Современное состояние проблемы утилизации осадков сточных вод
- Физико-химические основы образования полимерной композиции
- Экологический мониторинг почв и растительной массы, выращенной с почвоулучшающей добавкой «искусственная почва»
Введение к работе
В последнее время во всем мире остро стоит проблема переработки и утилизации отходов полимерных материалов. Произошла резкая смена приоритетов в ассортиментном составе полимерных материалов. Доказана способность быстро разрушаться в природной среде материалов на основе природных высокомолекулярных соединений (целлюлозы, крахмала, белков, олигосахаров и др.). К ним относится и такой материал, как осадки промышленно-коммунальных сточных вод. Эти осадки представляют собой отход производства и в то же время многокомпонентную систему из природных полимерных веществ в качестве основы наполненной тонкодисперсными частицами кристаллов химических соединений различной природы в виде солей и микроэлементов. Известны способы получения различных материалов, в том числе и композиционных, из осадка сточных вод с применением и без применения связующих веществ.
К практически значимым материалам относится «искусственная почва». Особенно широкое распространение различных идей и решений по созданию искусственной почвы отмечается в мегаполисах западных стран, США и Японии, что связано с резким сокращением площади пахотно-пригодных земель и снижением содержания гумуса в почвах. В то же время градоустройство, многокилометровые автотрассы, спортивные комплексы и другие крупномасштабные сооружения с развитием цивилизации требуют для озеленения специфического ландшафтного дизайна и плодородных почв для выращивания широкого спектра зеленых насаждений.
При получении искусственной почвы используется полиакриламид, сополимеры акрнламида и другие растворимые в воде высокомолекулярные соединения, различные по химической природе, способные образовывать в результате взаимодействия полимер-полимерные комплексы. Использование искусственной почвы для восстановления природного и создашш искусственного
7 ландшафта является современной актуальной проблемой, решающей две задачи:
безопасная утилизация накопленных и вновь образующихся осадков бытовых и производственных сточных вод;
восстановление нарушенных и обедненных почв для создания многолетних природных и искусственных ландшафтов.
Цель работы. Переработка осадков сточных вод химического предприятия, содержащих природные высокомолекулярные полимеры, в искусственную почву и определение эффективностн ее использования в качестве почво-улучшающей добавки для ландшафтно-дизайнерского проектирования..
Для достижения поставленной цели в задачи работы входило:
исследовать изменение состава и свойств осадков сточных вод после обработки их полимерными реагентами на основе акриламида;
определить механизм формирования искусственной почвы;
исследовать влияние обработки осадков полимерными реагентами на накопление тяжелых металлов зеленой массой растений;
изучить воздействие искусственной почвы на рост, развитие и продуктивность растений;
определить экономическую эффективность получения и использования искусственной почвы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработан процесс переработки полимерсодержащнх отходов химического предприятия в искусственную почву, включающий обработку осадков производственных сточных вод катионными сополимерами акриламида с последующим прессованием на ленточном фильтр-лрессе;
исследован механизм физико-химического взаимодействия при формировании полимерной многокомпонентной композиции, обладающей составом и свойствами почв;
установлен принципиально новый подход к проблеме почвообразования;
показано, что наполняющие искусственную почву ноны тяжелых металлов находятся в устойчивых естественных органоминеральных комплексах, что служит детоксикации их как медленно действующего органоминерального удобрения;
доказано, что органическая часть искусственной почвы сохраняет ферментативную активность и является биогенной добавкой, повышающей микробную активность почвы и всхожесть семян;
разработан способ повышения биодеградабельности токсичных компонентов искусственной почвы с получением безопасного органоминерального удобрения «Органокомпост».
Практическая значимость работы состоит в том, что впервые доказана возможность переработки осадков производственных сточных вод в многокомпонентную полимерную композицию, обладающую составом и свойствами почв. Полученная композиция относится к нетоксичным веществам, что позволяет:
решить проблему безопасной утилизации накопленных и вновь образующихся осадков производственных сточных вод;
доказать возможность применения искусственной почвы в качестве почво-улучшающей добавки при восстановлении нарушенных и обедненных почв, благоустройстве городов и создании многолетних природных и искусственных ландшафтов;
разработаны и утверждены: ТУ 0135-010-47773778-2004 «Органокомпост. Ор-ганоминеральное удобрение»; технологический регламент № 3-04 производства органоминерального удобрения «Органокомпост» из осадков сточных вод биологических очистных сооружений; технологический регламент применения органоминерального удобрения «Органокомпост»;
- получен экологический сертификат соответствия № 00000378» регистрацион
ный номер № ОС-26 АБВ от 27.12.2002г. и санитарно-эпидемиологическое за
ключение № 77.99.I8.013.A.000184.04 от 23.07.2004г.
На защиту выносятся следующие положення:
процесс переработки полимерсодержащих осадков сточных вод в искусственную почву, заключающийся в фильтр-прессовании осадков сточных вод, обработанных катионными флокулянтами на основе акриламида;
механизм обработки осадков бытовых и сточных вод сополимерами акрилами да, которые изменяют их свойства, снижают доступность и токсическое действие тяжелых металлов на растения;
структура и свойства искусственной почвы, представляющей многокомпонентную полимерную композицию, пригодную для формирования художественного ландшафта и применения при почво-восстановительных и озеленительных работах;
принципиально новый подход к проблеме почвообразования;
влияние агрохимических показателей созданной искусственной почвы на ускорение роста и развития растений.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Ш Международной научно-практической конференции «Хозяйственно- питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования» (г.Пеяза, 2001г.), Межвузовской научно-практической конференции «Экологизация подготовки специалистов в ВУЗах. Утилизация и переработка отходов» (СГТУ, г.Саратов, 2001г.), Международном рабочем совещании «Биотехнологнческое сопровождение процессов уничтожения химического оружия» (ИБФРМ РАН, г.Саратов, 2001г.), Общероссийском совещании комитета по экологии Государственной Думы (г.Москва, 2003г.), Межвузовской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (СГТУ, г.Саратов, 2003г.), Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение.
10 Экология» (ЭТИ, Г.Энгельс, 2004г.), JV Международном конгрессе «ВэйстТэк-2005» (г.Москва, 2005г.). За участие в конкурсах на лучшую научно-техническую разработку работа отмечена дипломом национальной системы «Интеграция», по результатам Всероссийского конкурса «Инженер года» в 2002 г. автор работы награжден сертификатом профессионального инженера России.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 работ, в том числе 3 публикации в центральной печати, 7 статей в сборниках материалов конференций, получен приоритет на патентование разработки.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методического раздела, трех глав с обсуждением экспериментальных данных, выводов, списка литературы, акта о внедрении разработанной полимерной композиции и приложения. Текст диссертационной работы изложен на 158 страницах, содержит 36 рисунков, 31 таблицу, Ісхему, 1 приложение. Список литературы включает 125 наименований.
Применение сополимеров акриламида в технологии механического обезвоживания осадков сточных вод. Биополимеры
Осадки выделяются в результате очистки бытовых, сельскохозяйственных и промышленных сточных вод. К осадкам относятся все примеси (нерастворен-ные и растворенные), задержанные отстойниками, флотационными, фильтрационными и другими сооружениями после механической, биологической, физико-химической очистки. Осадки бытовых сточных вод по составу более однородны. В нерастворенных примесях бытовых сточных вод органические вещества обычно составляют 75-80%, а минеральные 20-25%. Размеры частиц взвешенных веществ колеблются от долей миллиметра до 0,1мкм, а коллоидных — от 0,1 до 0,001мкм. Осадки производственных сточных вод по составу разнообразны и в основном состоят из остатков обрабатываемого сырья и реагентов, участвующих в технологическом процессе [11].
Осадки представляют собой концентрированные системы, содержащие от 0,5 до 5% грубодисперсных и коллоидных частиц, минеральных и органических. Элементы с коллоидной структурой можно рассматривать как отдельные гидродинамические единицы с плотностью, близкой к плотности воды. Частицы осадка могут быть отрицательно (в большинстве случаев) и положительно (более редко) заряжены; отрицательный заряд колеблется от —5 до —7мВ.
Сырые осадки из первичных отстойников отличаются неоднородностью и представляют собой студенистую суспензию серого или светло- коричневого цвета. Вследствие большого количества органических веществ они быстро загнивают, приобретая темно-серый или черный цвет и издавая неприятный кислый запах. Средняя влажность осадка, выгружаемого из первичных отстойников, принимается равной 95% при самотечном удалении и 93,8% при удалении плунжерными насосами. Величина отдельных частиц колеблется от 10мм и более до частиц коллоидной и молекулярной дисперсности (D, см"1): D= l/d (d-диаметр частиц).
Различают макроскопическую дисперсность, где D в пределах 0-102 микроскопическую, где D в пределах 10 -104, коллоидную, где D в пределах Ю4-106, атомную и молекулярную, где D в пределах 10б-107.
Из вторичых отстойников после аэротенков выгружают активный ид, биопленку и шламы. Активный ил представляет собой суспензию, содержащую аморфные хлопья, аэробные бактерии и простейшие микроорганизмы с мелкими адсорбированными загрязнениями из сточных вод. При хранении и уплотнении он быстро загнивает. Влажность активного ила, выгружаемого из вторичных отстойников после аэротенков, составляет 99,2-99,7%, а после биофильтров- 96-96,5%. После уплотнения в илоутшотнителях вертикального типа активный ил имеет среднюю влажность 98%, а в илоутшотнителях радиального типа- 97%.
Основную часть сухого вещества осадка из первичных отстойников (в среднем 60-75%) и активного ила (в среднем 70-75%) составляют органические вещества. Эти вещества состоят из белков (до 50%). Остальную составляют жиры и углеводы (соответственно до 30 и 10%). В сыром осадке из первичных отстойников белков в 2,5-3 раза больше, чем в активном иле. Кроме органических осадки содержат соединения металлов, попадающие в сточные воды в составе катализаторных комплексов и т.д.
Большая часть влаги осадков находится в связанном состоянии, поэтому они обладают плохой водоотдачей. Химический состав осадков оказывает существенное влияние на их водоотдачу. Соединения железа, алюминия, хрома, меди, а также кислоты, щелочи и некоторые другие вещества, содержащиеся в производственных сточных водах, способствуют интенсификации процесса обезвоживания осадков и снижают расход химических реагентов на их коагу 25 лянию перед обезвоживанием. Масла, жиры, азотистые соединения, волокнистые вещества являются, наоборот, неблагоприятными компонентами. Окружая частицы осадка, они нарушают процессы уплотнения и коагуляции, а также увеличивают содержание органических веществ в осадке, что сказывается на ухудшении его водоотдачи [12].
Водоотдача осадков во многом зависит от размера частиц твердой фазы. Чем больше размеры частиц твердой фазы, тем лучше водоотдача суспензий.
Химически связанная вода входит в состав вещества и не выделяется даже при термической сушке осадков; физико-химической связью удерживается адсорбционная и осмотическая влага, а физико-механической - капиллярная вода, вода смачивания и структурная влага. Соотношение между свободной и связанной водой является решающим фактором в оценке способности осадка к обезвоживанию. Оценить гидрофильные свойства осадка можно термографическим методом [11].
Для обезвоживания осадков применяют различные типы оборудования: центрифуги, центрипрессы, ленточные пресс-фильтры, вакуум-барабанные фильтры и т.д. [11-15].
Выделение связанной воды требует значительных усилий; например, клеточная вода может быть отделена только тепловой обработкой (термическим кондиционированием, сушкой или сжиганием). Удаления части связанной влаги можно добиться центрифугированием или фильтр-прессованием, при которых возможно нарушение более прочных видов связи. Причем отфильтрованный осадок имеет более низкую влажность по сравнению с осадком после вакуум-фильтрации. Количественное соотношение различных форм связи воды для осадков отражено в табл.1.
Современное состояние проблемы утилизации осадков сточных вод
ОСВ вносится в почву в соответствии с нормативно- технической документацией, поступление в почву тяжелых металлов невелико и соразмерно с их поступлением в почву при внесении свиного навоза и птичьего помета. Использование в сельском хозяйстве ОСВ связано также с рядом санитарно- гигиенических проблем. Присутствие в ОСВ значительной части хозяйственно-бытовых осадков обуславливает возможность наличия в ОСВ болезнетворных начал. В них могут содержаться в частности различные грибы, в т.ч. fusarium, а из бактерий - сальмонелла, шигелла, микобактериум [13,35]. Из вирусов могут быть поливирусы, вирусы [36]. В настоящее время санитарно- бактериологическое нормирование в ОСВ проводится по наличию бактерий группы кишечной палочки (БГКП), патогенной микрофлоры, в том числе сальмонелл, наличию яиц геогельминтов и цист кишечных патогенных простейших [37J. Поступившие вместе с осадками в почву патогены долго сохраняются в окружающей среде. Поэтому применение в качестве удобрения ОСВ возможно только после прохождения стадии сбраживания в аэротенках и 1-3 —летнего периода выдержки на иловых картах или накопителях. 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, вер ми компостирование и т.д. Применение аэроб-ностабилюированных, 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 протеканием процессов естественного самоочищения почвы. Наиболее интенсивно данный процесс протекает в условиях периодического раз в 3-5 лет применения ОСВ в зернопропашных севооборотах. Критические концентрации (мг/кг сухого вещества) металлов в листьях сельскохозяйственных растений, вызывающие снижение урожайности на 10 и 25% принято считать следующими (табл.3).
В случае сильного загрязнения ОСВ тяжелыми металлами (при превышении ПДК) его использование в земледелии разрешается только санитарными органами. Не разрешается вносить ОСВ под овощные и плодово-ягодные культуры. При внесении ОСВ на пастбища устанавливаются определенные сроки ожидания при стравливании травостоя. В США внесение ОСВ регулируется Правилами, принятыми в 1979г. При разработке этих правіш 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 учетом природоохранных требований. В разделе Правил, касающемся предотвращения загрязнения среды тяжелыми металлами (ТМ), основное внимание уделено кадмию. В РФ существуют несколько законодательных документов, регламентирующих внесение осадков в почву. Это, в первую очередь, ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений». Настоящий стандарт устанавливает основные требования к свойствам осадков при использовании их в качестве удобрений, а также требо 44 вания к охране окружающей среды. Однако настоящий стандарт не распространяется на осадки производственных предприятий (предприятия целлюлозно-бумажной, химической, в том числе производства синтетического каучука, химического волокна, химических средств защиты растений, нефтехимической н других отраслей промышленности), в сточных водах которых могут содержаться токсичные органические вещества первого и второго класса опасности в количествах, превышающих их предельно допустимые концентрации (ЦДК) в воде водных объектов. Требования к свойствам осадков представлены в табЬі.4 [38J В зарубежных странах также приняты нормативные документы-Директивы ЮС (табл.5). Почвенную утилизацию осадка регулировала Директива 86/278, принятая в 1986 году. Приведенные нормативы согласуются с нормами Сан ПиН 2.1.7.573-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения» [39].
При этом необходимо строго нормировать поступление металлов с осадками при ежегодном внесении их в качестве удобрений. Максимально допустимые нормы ежегодного внесения осадков сточных вод и гигиенические регламенты на поступление с ними в почву тяжелых металлов приведены в табл.6.
В законодательных актах ЕЭС и США отмечено, что почвенная утилизация осадка сточных вод и удобрений на его основе является наиболее предпочтите л ы і ой среди прочих методов. Такое использование позволяет утилизировать ценный органический материал и составляющие его биогенные элементы. При этом отмечается необходимость строгого соблюдения установленных пра 47 вил для защиты окружающей среды, здоровья человека и животных, качества урожая и почвы от влияния вредных и опасных примесей.
Самый строгий подход к загрязнению почвы тяжелыми металлами проповедуется северными европейскими странами, такими как Швеция, Норвегия и Дания. Он заключается в том, что в почву не может быть внесено большее количество тяжелых металлов, чем выносится с урожаем, теряется с эрозией или выносится с промывающими почву осадками. Уровень металлов в соответствии с законодательством этих стран не должен превышать фоновый.
Физико-химические основы образования полимерной композиции
Полоса в области 3100-3300 см 1 показывает наличие связен -N-H, та же связь наблюдается в области 1661см"1. Для первичных аминов характерна полоса в области 1544см 1. Валентное колебание в области 2852см"1 и 2922см"1 характеризует связи -СН2- и -СНз. Полоса в области 1739 см характерна для связей типа С =Ю. Спирты, простые и сложные эфиры характеризуются наличием устойчивых колебаний связей С-О и С-О-С в диапазоне 1000-1300 см"1 ( на рис.9 полосы в области 1091см"1 и 1165см"1). Связь -Si-O-Si также дает полосы в области 1030-П16см 1, что характерно для спектра смеси осадков и искусственной почвы, но не для флокулянта.
Спектральный анализ флокулянта подтвердил наличие основных функциональных групп (метильные, гидроксилъные, аминогруппы и др.). Валентные колебания -ОН- выражены широкой полосой в области 3421см"1. Эта полоса характерна не только для флокулянта, но и для смеси сырых осадков сточных вод и для полученной искусственной почвы. Различают внутри- и межмолекулярные водородные связи. В первом случае полосы более узкие. Во втором случае проявляются димеры молекул, характеризующиеся относительно небольшим смещением полосы, и полимерные ассоциации, которым свойственны очень интенсивные и широкие полосы, что и отмечается в исследуемых спектрах. Отмечено, что спектры смеси осадков, флокулянта и искусственной почвы (кека) содержат полосы с интенсивным поглощением в области 1200-1720см"1. Как уже известно, это хорошо согласуется с представлением о полимерной природе как флокулянта, что известно, так и смеси осадков, включающих биополимерные структуры активного ила, и полученной искусственной почвы. Четкие полосы при 2800-ЗОООсм"1 соответствуют связям -СН , -СН3, а при 1100см"1 — связям С-О и С-С. Поглощение в области 1450см"1, очевидно, обусловлено скелетными колебаниями гетерониклов. Валентные колебания связи С-О, или амидной полосы (1640-1667см" ), обнаружены в спектрах исходной смеси осадков и флокулянте. ИК-спектр обезвоженного осадка, или, так называемой «искусственной почвы» характеризуется отсутствием полос, харак 69 терных для N-H связей. В то же время появляется четкая полоса в области 1632см"1, характерная для СОО- группы, что указывает на взаимодействие флокулянта и компонентов осадка и на образование структуры аминокислот, а также полоса при 1515см"\что характерно для вторичных амидов (деформационная C-N-H). В искусственной почве определена полоса 1262см"1, которая характерна для фенолов, это обусловлено концентрированием примесей при флокуляції и смеси осадков сточных вод (рис. 10).
Таким образом, при сравнении спектров выяснено, что в спектрах смеси осадков и флокулянта имеются основные функциональные группы, характерные для гетероциклических и полимерных структур и что в результате взаимодействия образуется полимерная композиция, имеющая в составе ароматические и гетероциклические структуры. Сравнение полученной композиции с натуральной почвой показало наличие сходных функциональных групп как в низко- так и в высокочастотной областях спектра. Разница наблюдается лишь в наличии в натуральной почве слабых полос в области 1875-1956см", что харак 70 терно для циклических структур, в то же время в искусственной почве присутствуют слабые широкие полосы с поглощением в области 1245-1262см 1, характерные для спиртов и простых и сложных эфиров (связи С-О), или для связи Ме-Н=СН2 (М-металл), что подтверждается при определении различных форм металлов и литературными данными об образовании гуминовых комплексов железа и других металлов. Возникновение Н-связей отмечается разными исле-дователями при добавлении флокулянтов к суспензиям глинистых минералов (бентонита, каолинита и др.). В осадках при обработке катионным флокулянтом отмечается механизм катионного обмена, который происходит на имеющих отрицательный заряд разрушенных местах кристаллической решетки глинистых минералов и заключается в обмене противоионов (катионов кальция, натрия, калия и др.) на макроионы полимера по схеме: [АЇ, Si]" Na+ + R+GH"; [AI, Si]R + Na+OH\ Может происходить необратимое замещение ионообменных катионов глинистых минералов на органические амины. Подобное замещение происходит при флокуляции глинистых суспензий (иллита, каолинита, бентонита) катионными флокулянтами, в молекуле которых имеются группы четвертичных аммониевых оснований, таких, как в ВА-2, ВА-3 и Зетаге.
В искусственной почве исчезает полоса 875см"1 (СОз) и увеличивается полоса связи -Si-0-Si-, что и подтверждается данными рентгено-фазового анализа. Доминирующей фазой является а-кварц Si02. Для натуральной почвы характерно наличие полос в области 796см 1 и 1031см"1, характерных для связи -Si-O-Si-, доминирующая фаза также а-кварц. Данные рентгено-фазового анализа позволили выявить наличие кристаллической фазы в пробах натуральной и искусственной почв. Натуральная почва представляет собой в основном соединения кремния, это а-кварц Si02, иллит, плагиоклаз 0,84NaAlSi2Os 0,16CaAl2Si2Oit и лишь в незначительном количестве представлены кальцит СаСОз и доломит CaMg(C03)2- Данные рентгено — фазового анализа натуральной и искусственной почвы представлены на рис. 11-12.
Экологический мониторинг почв и растительной массы, выращенной с почвоулучшающей добавкой «искусственная почва»
При этом следует иметь в виду, что обработка осадка, внесение в него извести и других химических элементов приводят к снижению содержания элементов минерального питания. Так, при сушке сброженного осадка содержание азота снижается на 50%. То же происходит при компостировании, но при этом поч-воулучшающие свойства осадка сохраняются. Почва является совершенно особой формой биосферы: ее слой не только накапливает загрязнения, но н выступает как природный переносчик химических соединений в атмосферу, гидросферу, растения и пишу. Металлы, например, сравнительно легко накапливаются в почве, но столь-же трудно из нее удаляются: период полуудаления из почвы цинка-до 500 лет, кадмия-до 1100 лет, меди-до J 500 лет, свинца-до нескольких тысяч лет [73J. Восстановление почвы, испорченной попавшими в нее металлами, возможно несколькими путями: - выщелачивание легкоподвижных и потому легко удаляемых металлов, например, кадмия или кобальта, - перевод металлов в почве, напротив, в трудноподвижную форму, например, хрома.
В связи с опасностью загрязнения почвы металлами из шламов, необходим контроль за содержанием металлов в почве, которая рекультивируется внесением шламов, а также правильным выбором растений, которые будут выращены на такой почве. Важно, чтобы растения, произрастающие на рекультивированной почве, не употреблялись в пищу домашними животными и человеком. Это могут быть декоративные растения, лесопосадки, обеспечивающие только одну цель-восстановление растительного покрова за счет повышения плодородия почвы. Поглощение ионов металлов листьями, так называемое фол и арное, имеет значение при внесении в почву железа, марганца, цинка, кобальта и меди. Микроэлементы, поглощенные листьями, переносятся в другие растительные ткани, например, в корни. Минеральная часть осадков представлена в основном соединениями кальция, кремния, алюминия и железа. Поступление на очистные сооружения разнообразных производственных стоков обусловливает присутствие в осадках ряда микроэлементов. Содержание микроэлементов, мг на 1 кг сухого вещества осадков, приведено ниже:
В различных исследованиях выяснено, что микроэлементы повышают скорость многих биохимических реакций, протекающих в растениях, а их недостаток вызывает нарушение обмена веществ. Так, микроудобрения, содержащие медь, повышают урожайность зерновых культур на болотных и песчаных почвах нечерноземной полосы. Марганец способствует повышению урожайности сахарной свеклы, кукурузы и других культур. Недостаток железа и цинка приводит к серьезным нарушениям жизнедеятельности растений, особенно это относится к плодовым растениям, винограду и хлопчатнику. Бор играет важную роль в повышении урожайности льна, сахарной свеклы, хлопчатника, кормовых бобов, гороха, клевера, люцерны, ряда овощных, плодовых н ягодных культур. Лишь около десятка металлов принято считать жизненно необходимыми растениям (калий, натрий, кальций, магний, цинк, медь, железо, марганец). Еще несколько металлов необходимы некоторым видам растений (литий, никель, алюминий, ванадий). А некоторые металлы (кобальт, марганец, медь, молибден, алюминий) выполняют специфические функции в защитных механизмах морозостойких и засухоустойчивых растений [73]. Наиболее ядо 85 витыми как для высших растений, так и для микроорганизмов, являются ртуть, свинец, кадмий, медь, никель, кобальт, мышьяк, серебро.
Микроэлементы также способствуют усвоению растениями органических веществ из осадков. Поведение загрязняющих веществ, входящих в состав осадков сточных вод в системе почва-растение описано в ряде литературных источников [74-85].
С санитарной точки зрения в качестве удобрения могут использоваться только те осадки, которые подвергались обработке, обеспечивающей их неза-гниваемость и уничтожение патогенных микроорганизмов, а также яиц гельминтов. Считается, что осадки, сброженные в термофильных условиях, могут использоваться в качестве органического удобрения. Однако при термофильном сбраживании значительно ухудшается водоотдача осадков, а также удорожается их обработка [80].
Установлено, что число спорообразующих бактерий в осадках снижается лишь в результате их термической сушки. В процессе термической сушки число спорообразующих бактерий снижается в среднем с 19,8 млн. до 14-240 тыс. в I г, т.е. на 99,9%. Термическая сушка обеспечивает наиболее устойчивую эффективность обеззараживания и обезвреживания осадков.
При использовании осадков в качестве органического удобрения термическая сушка с одновременной грануляцией или компостирование позволяют технически наиболее совершенно завершить технологический цикл обработки осадков. Они обеспечивают получение безвредного в санитарном отношении, незагнивающего и лишенного неприятных запахов, удобного для транспортировки, хранения и внесения в почву продукта, содержащего такие ценные для удобрения компоненты, как азот, фосфор, микроэлементы, а также известь.
Работы по изучению влияния осадков на свойства почвы проводились В.И.Дмитриевой, П.А.Гордиенко, Н.П. Решецким, В. А. Касатиковым, Т.СКореневой, МА.Симоном и другими исследователями. Ими установлено, что под влиянием осадков значительно уменьшается кислотность почв и увеличивается содержание азота, гумуса и фосфора. Накопления калия в почве не происходит, так как в осадках недостаточно этого элемента. Выполненные лабораторией органических удобрений Всесоюзного института удобрений и аг-ропочвоведения (ВИУА) им. Д.Н.Прянишникова вегетационные и полевые опыты показали, что как сырые, так и сброженные осадки оказывали положительное действие на развитие растений. Особенно эффективным оказался термически высушенный осадок. Урожай капусты при дозе этого осадка 17 т/га увеличился почти в 2 раза, что объясняется наличием в нем извести, оказывающей благоприятное влияние на развитие капусты. Для выявления эффективности совместного внесения осадка и минеральных удобрений был поставлен специальный опыт, который показал, что наибольшую эффективность дает применение осадков в сочетании с калийными удобрениями и комплексным азотно-фосфорно-канийным удобрением,что объясняется низким содержанием калия в осадках [35].
