Состав осадка в зависимости от способа обработки (по данным ряда авторов)

1. Состав осадка в зависимости от способа обработки (по данным ряда авторов)

Так термическая сушка способствует уменьшению в них органического вещества. Этому также способствует обработка осадков такими реагентами, как известь, хлористого железа. Предварительная термическая обработка, проводимая перед механическим обезвоживанием, вызывает, кроме того, значительную потерю азота, которая может достигнуть 40-50% [1].

Обработка осадков известью способствует потере азота в виде катионов аммония и анионов (нитрат ионов) и снижению доступности для растений фосфора. Установлено, однако, что от 64% до 84% общего фосфора осадков находится в подвижной форме. Фосфор присутствует в осадках, главным образом, в твердой фазе. Калий и натрий находятся в растворенном состоянии, их значительная часть выводится в результате фильтрации и центрифугирования ОСВ. Условия и длительность хранения осадков также могут оказывать определенное влияние на концентрацию в них различных элементов. Процентное содержание элементов питания в осадке и другие качественные показатели зависят в значительной мере от его влажности, а также происхождения, соотношения бытовых и промышленных стоков и сезона года [15].

Углерод содержится в осадках главным образом в органической форме (20-30% от сухого вещества). В состав органической части ОСВ входят полисахариды, жиры, воск, масла, протеиновые смеси и ряд полифункциональных групп. Осадки содержат от 1 до 4% минерального углерода, очевидно в форме карбоната кальция и магния и других металлов.

Присутствие соединений тяжелых металлов в осадках сточных вод создает одну из трудностей их использования в качестве удобрения. Известно, что многие элементы способны накапливаться в тканях растений, так и в организмах их потребляющие. Поэтому одним из критериев пригодности ОСВ для сельского хозяйства служит уровень содержания в нем тяжелых металлов, наличие которых во многом обусловлено деятельностью промышленных предприятий. Причем, специфика производства и вид удобрений могут влиять на качественный и количественный состав ТМ в почвах [2, 12].

Металлы содержатся в отходах в различной форме: обменной, абсорбированной, связанной с органическим веществом, карбоната и т. д. Вследствие того, что в осадках ТМ связаны в основном с твердой фазой, сушка и обезвоживание не вызывает их значительных потерь, а прохождение осадка через аэробную фазу может оказывать влияние на локализацию металлов в нем и их лабильность после внесения в почву, но этот вопрос изучен недостаточно. Никель, цинк и кадмий являются наиболее лабильными металлами в силу своей высокой способности к комплексообразованию.

В настоящее время определены ПДК для некоторых ТМ в осадках (таблица 2). В Англии и в некоторых других странах ПДК основаны на цинковом эквиваленте, равным сумме 8 частей никеля, 2 частей меди, 1 части цинка. Систематический анализ показал, что превышение этого уровня содержания металлов в ОСВ делает его непригодным для применения на удобрение в сельском хозяйстве.

В этих странах действует система контроля за содержанием ТМ в осадках. Разрешение на их использование сопровождается данными о дозах и сведениями о количестве поступающих при этом в почву питательных элементов. Кроме ТМ, в осадке обнаруживают роданиды, фенолы, кетоны и ряд других органических соединений, в том числе пестициды, полихлорбифенилы (ПХБ) и так далее [14, 20].

На удобрения используются в основном обеззараженный осадок, в противном случае в нем присутствует в большом количестве вирусы, патогенные грибы и яйца гельминтов. Роль же самой почвы в стерилизации в значительной степени зависит от того, как патогены, конкурируют с естественной флорой почвы [27].

Изучению процессов разложения микроорганизмами ОСВ, содержащих повышенное количество ТМ, посвящен ряд исследований. В них выявлена повышенная устойчивость к ТМ микроскопических грибов, в то время как количество спорофитных бактерий, и актиномицетов уменьшается. Под действием токсичных элементов обедняется также видовой состав споровых бактерий, водорослей и грибов. Сравнительно большой устойчивостью к свинцу отличаются актиномиценты, а многие микроорганизмы толерантны к кадмию. Очевидно, следует ожидать влияние стронция на процесс нитрификации в почве, ингибирование которого в целом способствует избыточное накопление данного ТМ. Максимальное влияние на процессы денитрификации и жизнедеятельности растений, по данным многих авторов, оказывает кадмий. Этот металл снижает рост бактерий, тормозит процессы превращения оксида азота (IV) и способствует интенсификации накопления в почве нитратов в отличие от свинца [33]. В тоже время внесение осадка, в отличие от действия металлов при промышленном загрязнении, увеличивает общую численность микроорганизмов, повышает ферментативную активность и создает условия для развития основных физиологических групп микроорганизмов.

Под действием ОСВ в 1,5-1,7 раза увеличивалось количество целлюлозоразлагающих бактерий, а содержание плесневых грибов снижалось. По мнению авторов, это связано с подщелачиванием почвы осадками.

Грибы и бактерии, усваивающие минеральный азот, наиболее устойчивые к действию ТМ. При повышении их концентрации в почве меняется активность ферментов, что является одним из диагностических показателей загрязненности почвы. Результаты исследований показали также, что шлам, содержащий тяжелые микробные популяции, изменялся под действием металлов, что может сказаться отрицательно на круговороте питательных элементов.

Внесение в почву ТМ, особенно кадмия и меди, повлияло также на распределение видов грибов [10, 11].

Проведенные исследования и опыт использования осадков в сельском хозяйстве свидетельствуют о том, что ОСВ является органическим, азотно-фосфорным удобрением, содержащим также ряд микроэлементов, необходимых для роста и развития растений. Под влиянием ОСВ повышается обеспеченность почв органическим веществом и элементами питания растений.

Считается, что влияние осадков и компостов на их основе заключается в улучшении водно-физических свойств почвы, обеспечение растений фосфором, микроэлементами и частично в удовлетворении их потребности в азоте и калии. ОСВ повышают общий запас фосфора в почве и, по мнению ученых, обогащенные фосфором ОСВ целесообразно использовать в качестве фосфорных удобрений.

Доступность фосфора в ОСВ неодинаково и зависит от его вида. В сыром осадке она приравнивается к доступности фосфора в монокальцийфосфатах, тогда как в подсушенном осадке фосфор трудноспособен усваиванию растениями. На доступность фосфора из осадка определенное влияние оказывает реакция почвенной среды и тип флокулянта. Так, эффективность ОСВ, скоагулированного кальцием, была наибольшей на кислых почвах, скоагулированого алюминием и железом – на нейтральных и слабощелочных почвах.

Согласно одним данным, непрерывная минерализация органического фосфора ОСВ способствует содержанию усвояемого фосфора в почве на относительно высоком уровне в течение нескольких лет. Однако, по другим данным, усвояемый фосфор постоянно фиксируется почвой. По некоторым данным зарубежных ученых обработанные известью осадки могут значительно повысить фиксирующую способность почвы по отношению к фосфатам. Что касается его потерь, то в аноксичных условиях значительное количество фосфора некоторых видов ОСВ может быть внесено в органической форме. В обычных условиях использование фосфора растениями значительнее, чем потери в результате перколяции [2,13].

Внесение ОСВ в почву может существенно изменить ее физико-химические свойства. Выявлено, что некоторые металлы могут блокировать активные участки гуминовых кислот, препятствуя тем самым образованию подвижных органических соединений, их минерализации и накоплению в почве элементов питания. ТМ ослабляют и разрушают связь гуминовых кислот с минеральной частью почвы, что способствует вымыванию илистого материала и частичным потерям гумуса. Известны высокие нейтрализующие свойства осадков, обработанных с добавлением извести, и обратное действие ОСВ. При удобрении посевов осадками, имеющих нейтральную и слабощелочную реакцию, проявляются его нейтрализующее действие. Это их свойство имеет особенно большое значение при улучшении малоплодородных земель. Внесение осадка отражается также и на других физико-химических свойствах почвы. В частности возрастает сумма поглощенных оснований и степень насыщенности ими почвы, снижается гидролитическая кислотность, меняется электропроводимость почвенного раствора [21, 28].

Осадки оказывают положительное влияние и на структуру почвы, но в меньшей степени, чем солома и навоз. Флокулирование известью отходов вызывает более значительное улучшение структуры почвы, чем не флокулированные. Исследование зарубежных ученых выявили положительное влияние ОСВ и компостов на их основе, особенно в смеси с городским мусором, на агрегатное состояние почв, подверженных эрозии. Это связано с присутствием в них органического вещества, повышающего оструктуренность почвы, а также наличие грубых частиц и кальция, улучшающих водно-физические свойства почвы. При этом увеличивается общая порозность почв, по мнению одних ученых. А по результатам исследования других – разложение органического вещества компостов может привести к ухудшению физических свойств почвы [23, 28].

ОСВ являются одним из источников антропогенного загрязнения почвенного покрова. В Дании 90% кадмия поступает в почву с ОСВ в дозе 5т/га сухого вещества, остальные 8% идут из атмосферы и 2% - с минеральными удобрениями. При продолжительном внесении осадка происходит постепенное накопление в почве ТМ, не пропорциональное дозам ОСВ, что указывает на некоторую иммобилизацию ТМ со временем почвой. Через 2 года после внесения отмечалось увеличение концентрации ТМ на глубине 20 и 40см [13].

Подвижность ТМ в почвах, их поведение в системе почва-растение, а также способность их к миграции находятся в зависимости от сорбционной способности почвы. Она в свою очередь определяется такими факторами, как почвенная кислотность, концентрация органического вещества, его свойства, гранулометрический и минералогический состав и некоторые другие. Поэтому ввиду многообразия факторов и их сочетания можно выявить закономерности миграции и поступление ТМ ОСВ из почвы в растения. Речь может идти пока в основном об общих чертах данного процесса. В частности с увеличением кислотности почвы подвижность металлов и их способность к транслокации в растение возрастет независимо от источника ТМ. Так при снижении кислотности почвы на 1,0 активность цинка и стронция возрастает в 100 раз. В кислой среде кадмий, свинец также более подвижны. В то же время, по данным зарубежных ученых подвижность кадмия и цинка в почвах, удобренных осадком, снижалась при рН 6,4. Известкование глинистых почв, обработанных ОСВ, также уменьшает подвижность цинка, никеля, меди и кадмия. Однако, по мнению других зарубежных ученых при повышении рН сорбция металлов понижается. В частности содержание водорастворимого кадмия в вариантах с различными дозами внесения ОСВ в карбонатных почвах было выше, чем в кислых [37].

Следует отметить, что для металлов, вносимых в почву вместе с ОСВ, часто создаются дополнительные условия изменения подвижности. Это определяет специфику накопления токсикантов в почве. Так минерализация и нитрификация азота ОСВ приводила к снижению кислотности почвы. Внесение осадка обогащенного нитратами, повышает кислотность почв, создает условия для растворения металлов и поглощение их растениями. Накопление ТМ быстрее происходит в почвах с высоким содержанием органического вещества. При этом переход их в малоподвижную форму идет тем сильнее, чем больше в состав гумуса гуминовых кислот. В частности свинец образует наиболее стабильные комплексы с гуминовыми кислотами. Взаимодействие ТМ с желатоподобными соединениями может наоборот послужить причиной увеличения подвижности металлов в почве.

Подготовка ОСВ к внесению в почву также влияет на накопление в ней металлов. Так сырой осадок способствовал более значительной аккумуляции металлов в почве, чем компостированный. Исключение составляет кадмий. Его содержание в почвах, обработанных технологически разнородными осадками, находилось примерно на одном уровне.

Таким образом, химизм ТМ в почве является сложным процессом, зависящим от ряда факторов. Образующиеся в почве соединения на основе ТМ имеют различную степень подвижности, что влияет на способность металлов транслокации в растения. В настоящее время во многих странах, в том числе и РФ, существует педельно-допустимые концентрации (ПДК) ряда ТМ в почве. При этом среди исследователей нет единого мнения, как в отношении методического подхода к разработке ПДК, так и количественном их уровне по элементам и типам почв. При известном уровне содержания ТМ в ОСВ можно расчетным путем на основе ПДК ТМ в почве определить дозы внесения осадка. Рациональное их применение уменьшит уровень загрязнения почвы, а, следовательно, и растений ТМ. Вопрос об удобрении почв с повышенным содержанием металлов решается в каждом конкретном случае соответствующими компетентными органами. При расчете доз ОСВ, обычно исходят, из данных об их составе, свойствах почв, эрозионной опасности и вида растений. Различные сельскохозяйственные культуры отличаются друг от друга по способности аккумулировать металлы, что также особенно должно учитываться при расчете доз осадков [34, 36].

При помощи ТМ активизируются ряд ферментов. Их влияние может оказывать решающую роль на биохимические процессы, протекающие в растениях, определяя тем самым урожай культуры и их качество. Так осадки, содержащие медь, повышают урожайность зерновых культур на торфяно-болотных и песчаных почвах. Марганец и цинк способствуют росту урожайности сахарной свеклы, кукурузы и других культур. Из-за дефицита железа наблюдается явление хлороза цитрусовых. Но в то же время все эти элементы в больших дозах оказывают токсичное действие на растения.

Кадмий, никель не требуются растениям и вместе с такими металлами, как свинец, ртуть, хром, мышьяк опасны для растений и их органов в связи с их способностью транслокироваться из почвы в растения. При высоких концентрациях этих ТМ в растительных тканях защитные возможности растений исчерпываются, что приводит к нарушению процессов их жизнедеятельности и снижению урожайности культур. В то же время применение больших доз ОСВ за 2 года (200т/га по СВ.) не вызвало депрессионного действия на растения и при этом происходит даже значительное увеличение биомассы [9, 22].

В настоящее время разработаны ПДК ТМ в растительной биомассе (таблица3).

Похожие работы

Экологическая оценка эффективности использования осадка сточных вод в качестве удобрений

Скачать

98685

7

2

... ОСВ на состав почвенных растворов и т.д. материалов практически не имеется. С учетом вышеизложенного, целью наших исследований было изучить возможности использования осадков сточных вод г. Курска в качестве удобрений. Глава 2. Методика и условия проведения исследований. 2.1 Методика исследований Исследования проводились на опытном поле Курской государственной сельскохозяйственной академии имени ...

Использование активного ила в качестве удобрения сельскохозяйственных культур в условиях радиоактивного загрязнения территории

Скачать

118393

21

0

... 1.2 - 2.7 - Кукуруза на силос - 6.5 - 5.9 Клевер, люцерна (сено) - 100 - 45 Тимофеевка - 30 - 30 Различия между сельскохозяйственными культурами по накоплению радиоактивных веществ в урожае могут быть использованы в условиях радиоактивного загрязнения территорий для снижения радиоактивного загрязнения получаемой продукции. Для этого необходимо подобрать для возделывания такие ...

Применение осадка сооружений очистки сточных вод в качестве удобрения

Скачать

10044

2

3

... осадка на содержание общего азота, кобальта, молибдена в листьях, стеблях. После завершения опытно-промышленных исследований разработана технология внесения сброженного осадка в качестве удобрения. Учитывая его небольшой объем, не превышающий на лесохимических предприятиях 20 м3/сут, предусматривается его транспортировать по трубопроводам в накопители, расположенные на ближайших сельхозполях ( ...

Влияния стоков на динамику почвы и на качество кормовых культур

Скачать

91757

9

0

... 1335 леса и кустарники 617 приусадебные участки 26 3 Экспериментальная часть   3.1 Методика исследования   Исследования по изучению влияния орошения свиностоками комплекса «Родниковский» на накопление нитратного азота в почве и растениях и на качество кормовых культур (прежде всего многолетних трав) и зерновых культур проводились Южноуральским Государственным Проектно - изыскательским ...