Использование осадка сточных вод - (реферат)

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). Колебания в содержании основных элементов питания в ОСВ (Горохова С. Г. , 1981, Капелькина Л. П. , 1984, Алексеев Ю. В. и др. , 1986, Кардиналовская Р. И. , 1986) составляет: по азоту 0, 8.... 6%, фосфору 0, 6.... 5, 6%, калию 0, 1.... 0, 5%. Примерно такие же данные приводят ученые США и Канады: азот 1, 1.... 7, 6%, фосфор 1, 3.... 8, 0, калий 0, 1.... 0, 3% (Schfдfer K. , Kick H. , 1970).

Несомненным достоинством ОСВ является высокое содержание органического вещества- до 75% (Schultz W. , 1951, Jahnson S. , 1963, Туровский И. С. , 1977). Высокая оценка органического вещества дана и в работе М. М. Кононовой (1969), в которой отмечено, что органического вещество в значительной мере определяет направления процесса почвообразования, биологические, химические и физические свойства почвенной среды.

На это обращают внимание и ряд других зарубежных исследователей. Они приходят к выводу, что при многолетней обработке почва начинает испытывать недостаток в органических веществах, так как культивация ускоряет ее разрушение, а "отдача" от запашки пожнивных остатков оказывается недостаточной для возмещения потерь. Органическое вещество образует из частиц почвы агрегаты, между которыми остаются большие поры, через которые воздух может проникать к корням, а излишки воды - испаряться. При недостатке органических веществ почвенные агрегаты теряют свою прочность и распадаются. Почва становится более плотной, доступ воздуха прекращается и в результате рост корней происходит аномально. Песчаные и пылеватые почвы в наибольшей степени подвергнуты таким структурным изменениям. Внесение органических удобрений в такие почвы улучшает их качество, в результате чего полученный урожай будет выше, чем при внесении оптимального количества обычных удобрений, но без добавления органики (De Haan S. , 1980). Твердые вещества осадков оказываются более эффективными в сравнении с эквивалентным количеством хлевного навоза (Epstein E. , Taylor J. , 1976; Gypta S. , Dowdy V. , 1977; Kladivko Е. , Helson D. , 1979).

При увеличении пористости почвы повышается скорость инфильтрации воды и уменьшаются потери воды, а также эрозия почвы в результате поверхностного стока. Там, где на поверхность почвы вносятся жидкие осадки, поры временно закрываются и на несколько дней инфильтрация воды замедляется. Как только слой осадков начинает высыхать, он трескается, и вода легко проникает между частицами. В течение некоторого времени эти частицы предохраняют почву под собой от структурного разрушения и закупорки пор после дождя. Таким образом, более длительное воздействие приводит к увеличению скорости инфильтрации воды. Твердые вещества осадков в результате измельчения проникают в ходы дождевых червей, что ускоряет абсорбцию почвой воды, поступающей в поверхности. Поверхностное применение компостированных осадков в расчете 56 т/га увеличивает скорость инфильтрации воды на 50% по сравнению с неудобренной почвой. Действие этих осадков сохраняется, по крайней мере, в течение двух лет (Kelling K. , Peterson А. , 1979).

Указанные опыты показали, что внесенные с осадком в почву тяжелые металлы не сильно влияют на развитие растений. Использование осадка требует осторожности. Его следует хорошо перемешивать и строго соблюдать сроки внесения. При небольшом содержании в осадке водо-растворимого аммония часть его, связанная с органическим веществом, представляет собой источник, медленно поставляющий азот, который могут полнее использовать растения с длительным вегетационным периодом. Содержащийся в нем фосфор соответствует по действию на рост растений фосфору, извлекаемому из минеральных туков лимоннокислой вытяжкой. Недостаток калия в осадке требует его добавки в виде минерального удобрения. Польские ученые (Kobus D. , Zaban J. , 1990) провели исследования с осадком сточных вод из г. Пулава на почвах различного гранулометрического состава. Отбирали образцы почв из подпахотного слоя, добавляли 5 и 10% осадка и инкубировали при 20°С в течение 24 недель. Осадок имел рН - 5, 6, 16, 2% органического вещества, 1, 13% общего азота, 100, 5мг/100г N-NH4, 1105мг/100г N-NO3, 605 мг/кг Zn, 3мг/кг Ca. Добавление осадка сопровождалось сильным увеличением численности бактерий, грибов, актиномицетов свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов (в том числе Clostridium). Не отмечено увеличения численности целлюлолитической микрофлоры. Выявлено активное разложение соединений С и N. За период инкубации количество органического углерода уменьшилось на 14-31%, N -на 0-20 %. Происходило уменьшение доли растворимых форм фосфора. Резко уменьшилось содержание подвижных форм Zn (вытяжка 0, 005 М ДТПА). Сделан вывод, что ОСВ и г. Пулава может быть использован для рекультивации деградированных почв. Однако не рекомендовано применять осадок на почве с емкостью поглощения катионов

По мнению Water S. (1991) применение возрастающего количества ОСВ в Южной Африке на почвах сельскохозяйственного назначения - один из путей экономически выгодной его утилизации. ОСВ содержит основные элементы питания растений, в особенности N и Р, микроэлементы (Zn, Cu, Mo, Mn), улучшает физические свойства почвы, структуру, водоудерживающую способность, влагоперенос. В ОСВ различных регионов Южной Африки содержание N варьируется от 15, 7 до 58, 4 г/кг. Известные преимущества ОСВ могут проявляться в недостаточной степени в связи с потенциальной опасностью его для здоровья человека и животных. В ОСВ могут содержаться такие тяжелые металлы (Cr, Cd, Hg, Cu, Pb, Co, Zn, Mo), патогенные организмы (бактерии, простейшие, гельминты, вирусы), избыточное количество нитратов, токсические вещества, пестициды, полихлорированные бифенилы, алифатические соединения, эфиры, моно- и полициклические ароматические вещества, фенолы, нитрозамины. Вредное воздействие ОСВ на окружающую среду можно снизить посредством поддержания рН почвы > 6, 5 (путем известкования), использования рациональной технологии внесения, осуществления контроля качественных показателей почвы, воды и растений.

На выявление питательной ценности ОСВ, их влияния на свойства почв, урожай и качественный состав выращиваемых растений направляют усилия многие американские исследователи. Так, Smith S. , Henry C. , Harrison R. , 1992 г. провели исследования на 3-х типах почв, с количеством внесенного осадка от 23 до 470 т/га.

Отмечено изменение величин емкости поглощения, содержания органического углерода, общего азота и тяжелых металлов по профилю почв. Наиболее высоким оказалось увеличение азота в горизонте А, тогда как в горизонтах В и С незначительное. Содержание органического углерода в целом имело ту же тенденцию к увеличению, но сильно сказывалась суммарная доза удобрений и распределение ее по годам. Емкость обмена катионов повышалась по всем горизонтам, отмечено снижение значений рН в горизонте А и В. Содержание тяжелых металлов, особенно Cd, Cr, Cu, Pb, Zn возрастало заметно, особенно в горизонте А, и сильно зависело от содержания их в осадке и норм осадка.

Skausen J. , Clinger C. , (1993) оценивали эффективность применения ОСВ на отвалах добычи каменного угля. Отвалы кислые. Применяли известь (4, 5 т/га), вносили минеральные удобрения по N 67 Р 134 К 134 и сеяли клевер красный, овсяницу тростниковую, ежу сборную и лядвенец рогатый. Оценивали эффективность разового внесения в 1986 г. ОСВ по 0, 15, 31 и 64 т/га сухого вещества, наблюдали за ростом растений и изменением свойств почвы на отвале. При внесении ОСВ надземная биомасса трав возрастала, хотя доля бобовых компонентов в травостое уменьшалось из-за большого количества азота, поступившего с осадком. При внесении высоких норм ОСВ увеличивалось в почве содержание органического вещества с 1, 5 до 2, 2%, количество подвижных форм Си в 4, 6, Zn в 5, 1, Fе в 1, 4, и РЬ в 1, 3 раза, но значение рН почти не изменилось. На нейтральной неразрушенной почве вблизи отвалов с естественной травянистой растительностью внесение осадка приводило к повышению продуктивности посевов в 1, 5 - 2, 8 раза, увеличению содержания в почве Fe, Cu, Zn, Cd, но в меньшей мере, чем на кислом отвале, величина рН после внесения осадка слабо изменилась. Peterson A. , Speth P. , Corey R. (1992) провели исследования действия ОСВ на иловатой среднесуглинистой почве с кукурузой. Определили влияние осадка на урожай кукурузы, содержание питательных веществ в почве и грунтовых водах. Вносили ежегодно по 6, 6 и 13, 2 т/га ОСВ в пересчете на сухое вещество. С 6, 6 т/га ОСВ поступало приблизительно азота 200 и фосфора 450 кг/га. Через 12 лет применения по 6, 6 и 13, 2 т/га ОСВ в почвах содержалось соответственно 455 и 666 кг/га фосфора. Не отмечено неблагоприятного влияния на рост растений кукурузы, очень высокого содержания свинца в почве и на баланс питательных веществ в растении. Сделаны выводы о возможности дальнейшего применения ОСВ в нормах, не превышающих потребности кукурузы в азотных удобрениях.

Caslin B. (1988) изучил возможность пополнения запаса микроэлементов за счет использования органических удобрений на легкой почве с рН 7, 8 в полевом опыте по схеме: контроль (без органических удобрений), внесение при закладке опыта по 10 т/га навоза или осадка сточных вод. Органические удобрения вносили весной с последующей заделкой на глубину 25 см, а минеральные - на всех вариантах в дозе: азот - 56 кг/га, фосфор - 8 кг/га действующего вещества в форме мочевины и суперфосфата ежегодно, перед посевом с заделкой дисками. Опытная культура сорго. В год внесения органических удобрений урожайность зерна составила на контроле 3, 1 ц/га, при внесении навоза - 16, 7, а осадка -33, 4 ц/га. Концентрация доступного Fе в почве на контроле в начале и конце эксперимента оставалась ниже предельно допустимой. За счет внесения органических удобрений в почве повышалось содержание доступного фосфора, меди и марганца, что положительно влияло на урожайность сорго.

Clapp G. , Dowdy R. , Larson W. , Zinden D. , Normann C. , Halbach T. , Polta R. (1993) исследовали ОСВ на предмет разработки высокоэффективных экологически безопасных технологий. Жидкие дигестированные ОСВ вносили на террасированную водосборную площадь и выращивали кукурузу и канареечник. Применяли ОСВ в течение 19 лет (в сумме 200 т/га сухого вещества) и получили высокие урожаи кукурузы. При этом содержание в растениях азота, фосфора и калия оказалось нормальным. По мере увеличения норм ОСВ в почве возрастало количество органического и общего азота.

В опытах анализировали периодически содержание питательных веществ в поверхностных стоках, почве и грунтовых водах. Показано, что ОСВ смогут быть хорошим источником питательных веществ для растений при экологически безопасном состоянии среды.

Определенная работа по изучению и использованию ОСВ проводится и в нашей стране. Результаты исследований, проведенных на дерново-подзолистых почвах с различными видами ОСВ (Мерзлая Г. Е. , Гаврилова В. А. , Савельев И. Б. , 1991), свидетельствуют о том, что стоки богаты питательными элементами, содержание тяжелых металлов в них находится в пределах допустимых концентраций. Применение ОСВ положительно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. Прибавки урожая пропашных зерновых культур в микрополевом опыте от ОСВ в дозе 30 т/га сухого вещества составили 20-25%. В полевом опыте сбор сена викоовсяной смеси от внесения 10 и 30 т/га ОСВ повысился соответственно на 6, 6 и 19, 7%. Наличие тяжелых металлов в зеленой массе викоовсяной смеси, выращенной при внесении ОСВ и в почве после ее уборки, в указанных опытах не превышало ПДК. Интересен опыт Ставропольского СХИ в совхозе “ Константиновский ” Предгорного района с кукурузой на силос. Иловые осадки сточных вод г. Пятигорск вносили по вариантам: 1 - контроль, 2 - нитрааммофос, 3 - иловый осадок - 60 т/га, 4- то же - 120 т/га, 5- то же -180 т/га. Агрохимический анализ почв показал, что содержание гумуса и рН были постоянны во всех вариантах и во все периоды (соответственно 5, 1-5, 6% и 7, 5-7, 8%). Увеличение содержания в почве фосфора в период уборки урожая, по сравнению с предшествующим периодом, свидетельствовало о том, что после формирования репродуктивных органов происходил отток фосфора в почву. В этот период снижалось количество фосфора в зеленой массе кукурузы (Котти В. К. , 1989).

Мусекаев Д. А. и др. (1987), Котти В. К. (1989) установили, что ОСВ г. Владимир заметно увеличивает сбор клубней картофеля, не способствует накоплению в картофеле токсических элементов.

В Латвийской РНПО “ Плодородие ” (Вайцеховска А. А. , Анспок С. И. , 1990) полевые опыты в звене севооборота: картофель-кормовая свекла-ячмень провели на дерново-подзолистой супесчаной, хорошо окультуренной почве. Использовали ОСВ г. Болдерей с рН 6, 9-9, 5, содержанием органического вещества 76%, N - 1, 39%, K 1, 82%, P - 16, 5мг/100г, Ca - 295, Mg - 162, 1мг/100г, срок хранения 4-5 лет. В результате действия и последействия ОСВ за 2 года нормой 140т/га получено кормовых единиц с 1га 25710, нормой 70т/га - 24980, контроль - 18857. Авторами рекомендуется использование ОСВ в качестве удобрений с нормированным содержанием основной группы тяжелых металлов.

В Курском СХИ (Жукова Л. А. и др. , 1989) установлено, что ОСВ городских очистных сооружений в умеренных дозах способен повышать содержание гумуса и биологическую активность почвы, устойчивость растений к экстремальным погодным условиям. Оптимальная норма под зерновые под основную обработку - 20т/га, под кукурузу - 40т/га. На 3-й год можно возделывать сахарную свеклу за счет высокого последействия. Хорошие результаты дает внесение ОСВ под зяблевую вспашку в сочетании с известью (10/1).

Эффективно сочетание умеренной дозы ОСВ (20 т) с уменьшенной в 3 раза расчетной дозы NРК. Химический состав сельскохозяйственной продукции, выращенной с применением указанных норм ОСВ, не хуже контрольных образцов (Жукова Л. А. и др. 1992, 1993)

Л. И. Сергиенко и др. (1993) в полевых экспериментах изучены термофильно-сброшенные обезвоженные осадки Саратовской городской станции, содержащие 25-40% органического вещества, до 4, 8% общего азота, 0, 7-2, 1% валового фосфора, до 0, 8% подвижного фосфора, до 140 мг/кг обменного Ca. Сделан вывод, что применение ОСВ в качестве органических удобрений не вызывает негативного воздействия на окружающую среду и сохраняет чистоту природных ландшафтов.

Сотрудники Волго-Вятского ВНИПТИХИМ (Ишкаев Т. Х. , и др. , 1989) провели вегетационные опыты с кукурузой ВИР-42 и гречихой сорта Майская на дерново-среднеподзолистой почве. В качестве удобрений использовали осадки сточных вод очистных сооружений г. Казань с влажностью 64, 4%, содержанием NH4-N 3, 46%, NO3-N 0, 03%, P2O5 2, 7%, K2O 0, 57%, Cr 1000 г/кг, Cu 500, Ni 500, Zn 67мг/кг, рН 7, 2. ОСВ вносили по 50 и 100г/кг, что соответствует 125 и 250т/га, контроль без ОСВ. Анализы, проведенные через 5, 10 и 15 дней после начала опыта, показали, что ОСВ усиливают биологическую активность почвы. Отмечен более интенсивный рост растений. Урожай зеленой массы кукурузы возрос на 130-139%, а гречихи на 109-121% при внесении из расчета 125 т/га. Повышенная доза (250 т/га) не оказала существенного влияния на дальнейший рост урожая.

Многие авторы (Сергиенко Л. И. и др. , 1996) считают, что удобряющий эффект осадков сточных вод, главным образом определяется наличием в них азота. Использование общего азота, содержащего в том или ином виде ОСВ, в первый год зависит, главным образом, от минерального азота, который доступен растениям сразу же, органическая же часть за счет минерализации освобождается медленно, в первый год порядка 15-17% (Nerudova M. , 1984). В ОСВ, сброшенных в термофильных условиях, N усваивается в первый год примерно на 46, 6%. Это объясняется высоким содержанием аммиачного азота (Дмитриев В. И. , 1969).

Технологические операции по внесению илов в почву могут резко снизить общее содержание азота во вносимых илах. Если жидкий осадок вносится на поверхность почвы и сразу не заделывается, потери азота за счет улетучивания достигают 80% (Goker E. G. , 1983).

Наряду с источником азота ОСВ могут играть важную роль в пополнении запасов фосфора в почве. Высокое его содержание в ОСВ связано с усиленным применением фосфорсодержащих моющих средств в быту, а также тем, что фосфор и его соединения обладают меньшей подвижностью и растворимостью в отличие от калия, который легко вымывается и уносится с очищенными водами (Schfдfer K. , Kick H. , 1970).

Усовершенствование технологии извлечения из сточных вод ОСВ фосфора, по сообщению De Haan (1980), позволит с учетом того, что каждый житель Нидерландов ежегодно сбрасывает в канализацию до 1 кг фосфора, извлекать данный элемент в количестве 0, 9 кг, что практически позволит удовлетворить нужды растениеводства. Однако, при современной технологии очистки сточных вод, достигается максимум половинный отбор фосфора (Goker E. G. , 1983). Обобщая литературные данные, можно констатировать, что ОСВ обладает высоким удобряющим эффектом при выращивании сельскохозяйственных культур и все же при их применении должны учитываться климатические условия региона, типы почв, виды осадка и конкретно вид выращиваемой культуры.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5