Использование осадков биологической очистки сточных вод
Отходы, образующиеся в результате очистки сточных вод в виде илового осадка, представляют собой большую проблему. Иловой осадок образуется в процессе биологической очистки сточных вод, которая является одной из способов очистки. Метод биологической очистки основан на способности некоторых видов микроорганизмов в определенных условиях использовать загрязняющие вещества в качестве своего питания. Множество микроорганизмов, составляющих активный ил биологического очистного сооружения, находясь в сточной жидкости, поглощает загрязняющие вещества внутрь клетки, где они под воздействием ферментов подвергаются биохимическим превращениям.
Осадки сточных вод представляют собой большую проблему, которая затрагивает социальный аспект. Данный аспект обусловлен катастрофическим расширением площадей для хранения иловых осадков и других отходов, что приводит к распространению газо-воздушного фона, заражению почвы, поверхностных и подземных вод болезнетворными бактериями вследствие долговременного хранения и постоянного накопления. Это оказывает крайне неблагоприятное влияние на здоровье человека и животных, возникновению новых эпидемий.
Ликвидация осадков сточных вод применяется в тех случаях, когда утилизация оказывается невозможной или экономически нерентабельной. Выбор метода ликвидации осадков определяется их составом, а также размещением и планировкой промышленного предприятия.
Иловые осадки городских сточных вод не только у нас в стране, но и за рубежом давно основательно исследованы, и являются ценным органоминеральным удобрением, содержащим в себе широкий спектр микроэлементов необходимых для полноценного роста всех видов сельскохозяйственных культур. Но отсутствие надежных технологий, позволяющих привести иловый осадок к безопасным нормам и по санитарии и по тяжелым металлам, не дали возможности его широкого применения в сельском хозяйстве. Использование осадков сточных вод и избыточного активного ила часто связана с использованием их в сельском хозяйстве в качестве удобрения, что обусловлено достаточно большим содержанием в них биогенных элементов.
Активный ил представляет наибольшую ценность как органическое удобрение, особенно богатое азотом и усваиваемыми фосфатами. Содержание этих веществ в осадках определяется составом сточных вод и технологией ее очистки. Отношение общего органического углерода к азоту в среднем составляет 15:1. Накопления калия в почве не происходит, так как в осадках недостаточно этого элемента.
Минеральная часть осадков представлена в основном соединениями кальция, кремния, алюминия и железа. Поступление на очистные станции городов производственных стоков обусловливает присутствие в осадках ряда микроэлементов, таких как бор, кобальт, марганец, медь, молибден, цинк.
Проведенные исследования показали, 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 и ягодных культур. Микроэлементы также способствуют усвоению растениями органических веществ из осадков.
Внесение осадков значительно уменьшает кислотность почв и увеличивает содержание азота, гумуса и фосфора. Особенно благоприятно действует на кислые почвы осадок, обработанный известью.
В качестве удобрения можно использовать те осадки сточных вод и избыточный активный ил, которые предварительно были подвергнуты обработке, гарантирующей последующую их незагниваемость, а также гибель патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов.
Важным показателем экономической целесообразности применения осадка в агротехнике являются затраты на доставку его к месту использования. Осадки, высушенные до влажности 35- 45%, уменьшают свой объем в 2-2,5 раза по сравнению с механически обезвоженными. Кроме этого они имеют мелкий фракционный состав, хорошо перемешиваются с почвой и удобрениями. Принципиальная схема производства сухого удобрения из уплотненной смеси сырого осадка первичных отстойников и активного ила мало отличается от обычной обработки осадков. Технологический процесс состоит из операций подготовки осадка к механическому обезвоживанию, обезвоживания и термосушки. Получаемый сухой осадок полностью обеззаражен, легко транспортируется и пригоден к внесению в почву обычными сельскохозяйственными машинами. При необходимости сухой осадок смешивают с минеральными удобрениями.
Во многих городах и населенных пунктах, обслуживаемых централизованными системами водоотведения, сточные воды содержат значительную долю разнообразных производственных стоков. Осадки, выделяемые в процессах очистки таких городских сточных вод, могут содержать вредные для растений вещества (яды, химические соединения, радиоактивные вещества, сорняки). В них может отмечаться повышенное содержание токсичных солей тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия, никеля, хрома Сг6+ и мышьяка). Микроэлементы (бор, марганец, медь, молибден, кобальт, цинк) при повышенных концентрациях также могут оказывать неблагоприятное воздействие на рост растений и качество сельскохозяйственной продукции.
Расчет доз внесения осадков в почву необходимо вести с учетом ПДК по каждому нормируемому элементу и фоновой концентрации его в почве. По результатам расчета принимают наименьшее значение из найденных доз.
Наряду с применением осадков в агротехнике, перспективно использование их для получения кормовых добавок и препаратов для питания сельскохозяйственных животных, птиц, рыб и зверей ценных пород.
Активный ил содержит сырой протеин (34,2-37,2% массы сухого вещества), аминокислоты и другие ценные компоненты. Сгущение активного ила и дальнейшая его термическая сушка в “мягком” режиме позволяют получать сухой продукт, по питательной ценности близкий к кормовым дрожжам. Опыты по утилизации активного ила в качестве белково-витаминных добавок к рационам питания зверей и животных проводятся во многих странах. Однако, следует отметить, что для практической реализации методов утилизации активного ила городских сточных вод требуется проведение обширных физиологических, токсикологических и других исследований на сельскохозяйственных животных.
Наряду с достоинствами получаемого на основе осадков сточных вод и активного ила удобрения следует учитывать и возможные отрицательные последствия его применения, связанные с наличием в них вредных для растений веществ в частности ядов, химикатов, солей тяжелых металлов и т.п. В этих случаях необходимы строгий контроль содержания вредных веществ в готовом продукте и определение годности использования его в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.
Извлечение ионов тяжелых металлов и других вредных примесей из сточных вод гарантирует, например, получение безвредной биомассы избыточного активного ила, которую можно использовать в качестве кормовой добавки или удобрения. В настоящее время известно достаточно много эффективных и достаточно простых в аппаратурном оформлении способов извлечения этих примесей из сточных вод. В связи с широким использованием осадка сточных вод и избыточного активного ила в качестве удобрения возникает необходимость в интенсивных исследованиях возможного влияния присутствующих в них токсичных веществ (в частности тяжелых металлов) на рост и накопление их в растениях и почве.
В случае образования больших объемов осадков сточных вод, содержащих соли тяжелых металлов, из-за чего их нельзя использовать в качестве удобрения, по-видимому, целесообразно использовать другие пути утилизации, например, сжигание осадков.
Сжигание – один из наиболее распространенных методов ликвидации осадков сточных вод. Предварительно обезвоженные осадки органического происхождения имеют теплотворную способность 16800-21 000 кДж/кг, что позволяет поддерживать процесс горения без использования дополнительных источников теплоты. Осадки сжигаются на станциях очистки сточных вод в циклонных печах, а также печах кипящего слоя.
В ФРГ также предложен способ сжигания активного ила с получением заменителей нефти и каменного угля. Подсчитано, что при сжигании 350 тыс. т активного ила можно получить топливо, эквивалентное 700 тыс. баррелей нефти и 175 тыс. т угля [1 баррель - 159 л.] Одним из преимуществ этого метода является то, что полученное топливо удобно хранить.
В случае сжигания активного ила выделяемая энергия расходуется на производство пара.
Проведенные токсикологические исследования показали возможность переработки сырых осадков и избыточного активного ила в цементном производстве.
Ежегодный прирост биомассы активного ила составляет насколько миллионов тонн. В связи с этим возникает необходимость в разработке таких способов утилизации, которые позволяют расширить спектр применения активного ила.
ЛИТЕРАТУРА
- Евилович А.З. Утилизация осадков сточных вод. М: Стройиздат, 1989.
- Методика технологического контроля работы очистных сооружений городской канализации. М: Стройиздат, 1977.
- Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. М: Стройиздат, 1984.