Осадки городских очистных сооружений: проблема утилизации и путь ее решения на примере г. Серпухова.

Хакимов Ф.И., д.б.н., Севастьянов С.М., к.б.н.,

Институт фундаментальных проблем биологии РАН,
г. Пущино, Московская обл.

Проблема безопасной утилизации осадков сточных вод (ОСВ) возникла с образованием крупных городов и связана с их большими объемами, необходимостью длительной сушки (исходно влаги 98 % от всей массы), наличием патогенной микрофлоры, загрязнением тяжелыми металлами (ТМ), хлорорганическими соединениями, нефтепродуктами. Исходно ОСВ могут содержать до 75 % органического вещества, поэтому наиболее перспективное направление утилизации ОСВ — получение на их основе органических удобрений.

В мировой практике применяют захоронение и Сжигание загрязненных ОСВ. В России ОСВ практически полностью хранятся на территориях очистных сооружений, что превращает эти территории в очаг бактериологической и токсикологической опасности.

Безопасная утилизация осадков может быть осуществлена при решении этой проблемы на основе комплексного подхода с учетом конкретных условий и с применением новых идей и технологий.

Наши работы проводились на городских очистных сооружениях г. Серпухова. Администрация г. Серпухова обеспечила всемерную поддержку проводимых работ и частичное их финансирование. Контроль за ходом работ осуществлял комитет по охране окружающей среды Администрации. Руководство очистных сооружений (МУЛ «СерГОС») обеспечило проведение опытных и опытно-производственных работ собственными средствами (механизация и др.). Участие в разработке технологии обеззараживания и обезвреживания осадков и их дальнейшей переработки в ценное органическое удобрение — компост принимали сотрудники Института фундаментальных проблем биологии РАН, Научно-координационного центра «Инженерная химия и технология экологически безопасных материалов и процессов» (НКЦ ИХТЭМП, г. Москва), Окского экологического фонда и других научных учреждений. Серпухов — типичный промышленный город, где более 50 промышленных, строительных и транспортных предприятий; население около 140 тыс. человек. Поскольку в городские очистные сооружения, наряду с бытовыми канализационными стоками, раньше поступали промышленные и ливневые стоки, то осадки сточных вод загрязнены различными вредными веществами.

Осадки содержат 55—60 % минеральных веществ и 40—45 % органических (на сух. вещество); общая микробная обсемененность — 107-109. Жизнеспособные яйца гельминтов — 40-50 шт./кг. (Фридман и др., 2000).

Содержание ТМ в ОСВ определялось при закладке опытов (1999-2004 гг.) и составляло (мг/кг сух. веса): 2п — 917-1080; Си — 264-310; Сг — 1930-2843; РЬ — 54,2-60; № — 52,3-57,3; ^ ~ 3,2-3,5. По ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Требования к свойствам ...» (2001), эти ОСВ по содержанию хрома ' не могут использоваться в качестве удобрения без предварительной переработки.

В Серпухове на очистных сооружениях в среднем за сутки накапливается по сухому веществу 6,04 т осадков. За 30 лет поступило около 840 тыс. т (при влажности 87—90%), что создало чрезвычайно острую ситуацию.

Успешное решение проблемы переработки ОСВ и их утилизации возможно на основе современных технологий и при сочетании химических, физических и биологических методов.

Сотрудниками Научно-исследовательского института органической химии и технологии (НИИОХТ, г. Москва), созданы реагенты на аминокислотной основе с бактерицидным и детоксицирующим действием. Их получают по отечественной технологии из токсичных биологически опасных отходов кожевенного, мехового, мясо- и птицеперерабатывающих производств, и медьсодержащих отходов гальванических производств. Реагент-бактерицид вызывает гибель яиц гельминтов, деструкцию вирусов, останавливает гниение. Продукты взаимодействия — соединения аминокислотных комплексов с группировками белков, нетоксичны и химически стабильны.

Поляков В. С., Фридман А. Я., Шемякина Е. В., Курочкин В. К. Новые реагенты для детоксикации и дезинфекции сточных вод// Матер. XVI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. М., 1998. С. 125-131.

Реагент-детоксикант связывает тяжелые металлы в устойчивые нетоксичные комплексы. Создан также комплексный бактерицидно-детоксицирующий реагент, способный одновременно уничтожать патогенную микрофлору и обезвреживать ТМ в ОСВ.

Оптимальные дозы следует подбирать методом рН-метрического титрования реагентом до рН 8-8,5. При достижении данных значений рН происходит 100 % связывание доступных ТМ в комплексы.

Реагентная обработка осадков в илоуплотнителях может осуществляться в течение всего года. Обработка осадков, депонированных на иловых картах, возможна при положительных температурах, на не замерзших иловых картах. Реагенты заливаются по площадке с осадками вручную или из брандспойта.

Полученный в результате обработки реагентами субстрат (органоминеральная композиция) нетоксичен, не содержит патогенной микрофлоры, богат микроэлементами, содержит азот и фосфор, что делает его привлекательным для использования в качестве удобрения. Определено, что применение органоминеральной композиции в качестве удобрения положительно влияет на рост и развитие растений, эффект равный, либо выше, чем у необработанных ОСВ, уменьшается поглощение ТМ. Проявлений токсического воздействия на растения, гидробионтов (дафний) и почвенных беспозвоночных (червей) нет. Однако получаемая органоминеральная композиция сильно обеднена микрофлорой и поэтому при высыхании может образовать твердые монолитные глыбы. Для получения полноценного удобрения субстрат целесообразно компостировать.

Компостирование осадков осуществляли в смеси с наполнителем — щепой и опилками (могут быть использованы солома, торф, листва и др.). В смесь добавляли микробиологический препарат «Байкал-ЭМ1», а аэрацию субстрата осуществляли перемешиванием, что способствовало активному биотермическому процессу с повышением температуры более +50°С. Использование наполнителей позволяет корректировать состав компоста, в первую очередь — по ТМ.

Опытные работы показали, что компост созревает за 2-3 месяца, и представляет собой рассыпчатый материал с запахом земли. Проведенные ЦГСЭН анализы показали отсутствие патогенной микрофлоры, жизнеспособных гельминтов и их яиц. Биотестами на дафниях и в опытах с проращиванием семян установлено отсутствие у компоста токсичности.

Показатели важнейших свойств компоста: влажность — около 50 %, рНвод — 6,80-7,35; общего С — 12,2-20,54%, общего N — 1,05%, валового Р205 — 1,37-2,6 %, валового К20 — 0,83%, подвижного Р205 — 35,0-56,0 мг/100 г, подвижного К20 — 30,5 мг/100 г.

В целом, по своим физико-химическим и агрохимическим свойствам компост отвечает требованиям, предъявляемым к органическим удобрениям.

*В соответствии с ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений»
Компост может быть использован для рекультивации нарушенных земель в лесохозяйственных и рекреационных целях, при озеленении, в питомниках лесного и городского хозяйства при выращивании рассады, цветов, а также под зерновые и технические культуры.

Типовой технологический регламент использования осадков сточных вод в качестве удобрения. – М.: Минсельхоз РФ, ГУП НИИССВ «Прогресс». 2000. 20 с. 

С учетом длительного научного и производственного опыта, требований СанПиН 2.1.7.573-96 и ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 к использованию ОСВ, периодичность и нормы внесения органоминеральной композиции устанавливаются дифференцированно для различных условий и направлений использования.

Компостирование обеззараженных осадков городских очистных сооружении с использованием ЭМ-препарата способствовало их биоремедиации, переходу из стерильного и неживого субстрата в ценную обогащенную полезной микрофлорой продукцию — компост.

На основе проведенных исследований, предложена общая схема технологии компостирования осадков сточных вод городских очистных сооружений, обеззараженных и обезвреженных реагентами на аминокислотной основе. Она позволяет экологически безопасно и экономически эффективно решить проблему утилизации осадков очистных сооружений г. Серпухова и других городов, вернув их в биогеохимический круговорот.

Технология включает в себя несколько взаимосвязанных звеньев: производство реагентов —» обеззараживание и обезвреживание осадков реагентами и получение органоминеральной композиции —» приготовление компоста на основе органоминеральной композиции —» исследование токсикологических и агрохимических свойств компоста.