Ежегодная Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов"

Главная страница

Сведения об авторах

ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНІ АСПЕКТИ ВИКОРИСТАННЯ МІСЬКИХ ВІДХОДІВ В СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОМУ ВИРОБНИЦТВІ: ПРОБЛЕМА ВАЖКИХ МЕТАЛІВ

Федосеєнко Д.В., Полтавський національний технічний університет

Федосеєнко Д.Д., Полтавська аграрна академія

Проблеми, що зв`язані з міськими відходами, набули гостроти в сучасному світі і в розвинутих країнах певним чином вирішуються. Якщо врахувати успішний досвід в цьому напрямку і проаналізувати екологічний стан міст України, легко бачити, що переробці міських відходів у будь-яку продукцію, зокрема аграрного сектору, немає альтернативи, але не існує механізму або державної підтримки розвитку індустрії утилізації міських відходів. Один з чинників, що гальмує процес – вміст важких металів у відходах, що автоматично робить останні небажаними в практичному застосуванні. Для вирішення проблем пропонується організувати екологічні полігони для переробки таких відходів за допомогою рослин, а вилучену продукцію застосовувати для отримання енергії та технічної сировини. Така схема переробки компенсує інвестування и дозволить відновити родючість еродованих грунтів.

Мета даної роботи оглянути стан справ у світі з переробки міських відходів за останні 10 років с точки зору напрямку застосування у сільському господарстві: поживні речовини для рослин, джерело енергії в разі спалювання, джерело біогазу з урахуванням проблеми важких металів.

Так, по відношенню до сільського господарства міські відходи можна поділити на три групи: а) індустріальні відходи; б) міські тверді відходи; в) каналізаційні стоки.

Кожна з цих груп має власні особливості та різний вплив на природу, але потенційно всі три групи можуть бути використаними як джерело поживних речовин: мінеральних та органічних при вирощуванні сільськогосподарських рослин, що можна довести на прикладі іноземних держав та наших власних експериментів, які виконані на протязі 1995-1999 років у Полтаві.

Важко визначити такі індустріальні відходи, які б були бажаними для природи і відповідно для сільського господарства. В якійсь мірі можна такими відходами вважати оксиди азоту та сірки, які з дощем випадають на поля та збагачують їх азотом та сіркою, але безконтрольне потрапляння цих відходів може завдати великої шкоди: оксиди азоту та сірки з водою утворюють кислотні дощі, що гублять ліси, порушують глобальний азотний цикл. На нашу думку, треба розробити або впровадити відомі технології, що дозволяють нейтралізувати індустріальні відходи, розділити їх на окремі складові частини. Наприклад, відокремити такі мінеральні добрива, як нітрати, фосфати та сульфати калію, кальцію, магнію. Що до мікроелементів – Mn, Zn, Cu, Mo, Se та ін., в останні часи стало добре відомо про їх роль в живленні рослин і тварин. В світі спеціально виробляють та патентують складні добрива, що містять Mn, Zn, Cu, Mo, Se та інші мікроелементи [4,47,6], але можна знайти відходи які їх містять і переробляти останні у прийнятні форми добрив. Подібним чином нами була вирішена проблема відходів Полтавського заводу ГРЛ, що містять багато молібдену [4].

В даний час молібден, що використовується в ламповому виробництві, ввозиться із-за кордону, в той же час частину завезеного металу розчиняють далі в суміші азотної та сірчаної кислот для звільнення вольфрамових спіралей від молібденових стрижнів і далі зливають в каналізацію. При подібному надходженні молібдену в навколишнє середовище можна очікувати тільки неприємностей, так як надлишок молібдену шкодить як рослинам так і тваринам, в тому числі і людям. Тому, наприклад, питну воду обов`язково перевіряють в лабораторіях на вміст молібдену (допустима концентрація 0,25 мг/л)[1].

Одночасно велика кількість молібдену виноситься з полів разом з врожаєм (особливо можна виділити зернобобові, буряк та капусту) вимивається в нижні шари грунту завдяки великій рухливості молібдену у вигляді аніону молібденової кислоти. Фізіологічна дія молібдену, як відомо, прямо підвищує врожай, бо молібден приймає участь в азотофіксації у бобових рослин, впливає на синтез нуклеїнових кислот, білків та ін. [33,10,50].Молібден підвищує стійкість озимої пшениці на кислому грунті: рН = 4,19 (KCl) до низьких температур.

Дефіцит молібдену в грунтах, і відповідно у рослинах, призводить до зниження врожаю, його якості, передчасного проростання зерна кукурудзи та ін. наслідків. Тому варто використовувати обробку насіння, або навіть вегетуючих рослин молібденовими сполуками [46].

В межах агроекологічного направлення нами розроблені технології переробки та використання молібденових відходів Полтавського заводу газорозрядних ламп (ПЗГРЛ), суть яких полягає у відокремленні основної кількості молібдену у вигляді молібденового ангідриду (MoO3), якій коштує 10 у.о. за кг, та доведення частини відходів, що залишилася до комплексного мінерального добрива, яке в різних варіантах може містити кальцій, сірку, азот або калій, сірку, азот та в усіх варіантах мікроелемент молібден. Слід відмітити, що для звичайного зливу в каналізацію молібденового концентрату, що утворюється після травлення по заводській технології, для зниження концентрації молібдену до безпечного рівня (0,05 мг/л) [1] на 1 кг розчиненого металу, треба 4000 м3 води. Подібна ‘утилізація’ технічно і економічно безглузда. Якщо ж виробництво буде здійснюватися в малих об’ємах, то витравлений молібден можна повністю перетворити в рідке комплексне добриво, яке містить, наприклад, молібдат амонію ( рекомендований для обробітку насіння бобових культур) нітрат та сульфат амонію (азотне добриво), кальцій, калій та інші елементи, в т.ч. мікроелементи – цинк, марганець, залізо. Такими сумішами можна обробляти як насіння, так і вегетуючі рослини.

Виробництво такого добрива з окремих компонентів в очевидь не може коштувати дешевше утилізованих відходів, тому агроекологічний підхід до вирішення проблеми відходів молібдену вигідний всім виробникам. Експериментальне підтвердження якості та ефективності мінеральних добрив на основі відходів молібдену (ПЗГРЛ) було одержано нами в дослідах 1997-1999 років на бобових рослинах та гречці. Всупереч поганим погодним умовам дослідні варіанти були кращими за контрольні по врожайності, а у гречки відмічалось підвищення вмісту білка. Польові досліди були проведені на дослідному полі Полтавського сільськогосподарського інституту з районованими сортами гороху і гречки.

Дослідні дані довели, що навіть незначне підживлення молібденом (40г/га) підвищує врожайність гороху на 27 %. Доза 400г/га підвищує врожайність максимально. Одночасно поліпшуються елементи структури врожаю: молібден підвищує ,в середньому, висоту рослин на 2,3 см, масу насіння з однієї рослини на 0,7 г, масу 1000 насінин на 5,6 г в порівнянні з контролем. Високі дози молібдену (до 2000 г/га) знижують показники цвітіння.

Підвищення вмісту білка в гречці на 0,3–0,7%, що оброблена молібденом узгоджується з біохімією відповідних процесів в рослині, тобто результат був очікуваним, але важливо те, що ‘дешеві’ молібденові відходи не поступаються за активністю товарному молібдату амонію ціною 8 у.о./кг.

В даний час ми маємо повідомлення про використання індустріальних відходів за кордоном [28]. Так, тверді відходи які містять в своєму складі MnO2 нейтралізують вапном до рН=7,9 після чого вони містять 14% марганцю, високі рівні Al, K, Ca, Fe , але низький рівень важких металів , такиїх як Cu, Zn, Co, Cr, Ni, As, Cd та Sn. До 600 т/га вносили таких відходів для покращення родючості грунту та вирощували кукурудзу, соняшник, бавовну і томати. Врожайність всіх культур зростала. Інше повідомлення [21] ми маємо про використання золи для поліпшення родючості грунту з деяких Індійских фабрик.

В Росії [11] з золи вугілля Кансько-Ачинського родовища кам`яного вугілля виготовляють гранульоване мінеральне добриво яке вносять як меліорант у кислі грунти під ячмінь, кукурудзу, конюшину, овес, рапс та кормовий буряк. Гранулят нейтралізує грунти та суттєво збільшує врожаї. Ефект зростав коли зменшували розмір гранул. Зола містить у собі макро- та мікроелементи, а концентрація важких металів не перебільшує безпечний рівень.

В Німеччині пропонують використовувати продукти десульфуризації процесу сухої абсорбції (Spray Dry Absorption) одного з виробництв [40] як добриво, що містить сірку у вигляді суміші CaS/CaSO4~8:1 і яке досліджували в полі три роки. Ця робота має як екологічний, так і економічний напрямок так як спостерігається стабільний ріст потреби в сірковміщуючих добривах[40].

Таким чином, агроекологічний підхід є міжгалузевим і дозволяє в даному випадку вирішити декілька проблем: запобігається екологічна небезпека відходів молібдену, заощаджуються ресурси і зростає врожайність та якість с.г. культур.

Друга група відходів.

Тверді міські відходи – єдина в даний час група відходів, що застосовується в сільському господарстві розвинутих країн. Наприклад, в Західній Європі тверді міські відходи, в залежності від складу, збирають в окремі контейнери, а органічні залишки, та обрізки деревини, листя та ін. звозяться в спеціальні компостовні, де з них виробляється непоганий компост. Існує комплекс машин та інфраструктура такого виробництва. Для впровадження такої системи на Україні можна було б скористатися досвідом колишнього СРСР (дивись книгу А.З.Евилевич, М.А.Евилевич “Утилизация осадков сточных вод”, Л.: Стройиздат, Лениградское отд-ние, 1988. – 248 с., ил. ISBN 5-27400172-6.), або наприклад дослідом Відня, де відповідна програма почалася ще у 1988 році [37].

  • Компостування у Відні
  • Система компостування втілена в Відні у 1991 році. Кухонні відходи, квіти, рослинні рештки збираються у відповідні контейнери; далі вивозяться на компостовні де складаються в купи. Спеціальна лабораторія регулярно контролює склад компосту. У 1998 році одержали 81956 тон компостних матеріалів високої якості. Органічні відходи із міських контейнерів змішують на двох компостних фабриках із структурними матеріалами, які поступають з комерційних та приватних джерел. Процес включає прогонку органічних відходів через сортирувальні ремені, де відокремлюються сторонні речі і далі гомогенізують та змішують з структурними матеріалами в барабані п`ять – десять хвилин. Виготовлений сирий компост відвозять на компостовні. Компостовня складається з двох площадок з твердою поверхнею приблизно площею 26000 км2, баків для збору дощу та стікаючої з компосту вологи (1300 м3), фабрики обробітку останньої, двох відкритих резервуарів та допоміжних експлуатаційних будинків. Все це не з`єднується з каналізаційною системою міста.

    Грунт під площею з компостними купами зроблений непроникливим, що гарантує від попадання вологи компосту у грунт навіть при інтенсивних опадах. Вода, що збирається з компосту, використовується для зволожування останнього.

    Компостовня обладнана трьома колесними укладачами, двома перемішуючими машинами, двома тракторами та різними аксесуарами. На фабриці працює всього дев`ять робітників операторів.

    Процес компостування має декілька фаз. Спочатку компост складають на купи транспортером. За час першої фази, коли процес деградації іде швидко (4 тижні), купи перемішують один раз на тиждень машинами та підгортають для кращого використання площ компостовні. Гниття призводить до втрати об`єму, тому з часом компостні купи об`єднують в одну загальну.

    Коли головний процес гниття заверщується, матеріал поміщають на платформи і утримують два або три місяца для вторинного гниття.

    Матеріал зволожують якщо треба. Як тільки він досягає зрілості, його просіюють в барабанах крізь отвори 10-20 мм.

    Компост в процесі дозрівання регулярно контролюється на вміст важких металів в лабораторії на місці. Таким чином оператор може негайно вилучити партію матеріалу з компомстного процесу, якщо буде знайдено велику концентрацію важких металів.

    Всі компостні купи перевіряються на вміст води, нітратів, нітритів, загальний азот , величину рН та вміст важких металів через кожні 3-4 тижні. Компост з підвищеним рівнем важких металів обробляється окремо і застосовується для виготовлення торфу, фільтруючих матеріалів,або спалюється.

    Компостні купи що дозріли перевіряються у зовнішній лабораторії у відповідності до Австрійських стандартів S 2200 та S 2203. Кожна компостна купа з об`ємом матеріалу 6000 м3 і більше фіксується в комп`ютері з усіма відповідними даними впродовж компостування: датою створення, датою та номером зміни місця, лабораторними тестами та ін.

    Дозрілий та збагачений поживними речовинами компост далі розповсюджується по фермах Відня. Міські депаратаменти МА48 та МА49 активно працюють для того щоб гарантувати далеке майбутнє такому використанню органічних відходів у Відні та переорієнтувати аграрну політику в ньому на агроекологічне землеробство(organic farming).

    Науковим провідником в застосуванні компосту в агроекологічних та змішаних підприємствах являється інститут екологічного землеробства імені Людвіга Больцмана. Його наукова програма досліджень включає вивчення ефекту удобрення компостом з органічних відходів на дикі рослини в різних умовах, ефект довготривалого компостування на азотний баланс грунтів та контроль якості зібраних врожаїв.

    Компост також розповсюджується безкоштовно у місцях складування та поставляється в невеликі садки.

    У 1998 році у Відні зібрали всього 81956,4 т органічних відходів, в тому числі 5985 т сміття, 68978 т кухоної покиді, 337,9 т обрізків дерев та кущів, 422 т новорічних ялинок, 1066 т з приватних джерел та 5928 т від комерційних постачальників. До цієї кількості органіки додали 0,3 т продуктів що за розміром не просіялися при обробці зрілого компосту, та 214 т непросіяної давленої деревини для створення оптимальної за співвідношенням суміші. Після очистки та видалення 718 т матеріалів, що не компостуються 86377 т були здатні до компостування . Вся ця кількість була вивезена на компостовню і після процесу 25853 т було продано, 14470 т було вивезено на муніціпальні поля, 232 т розібрали дрібні споживачі і 2711 т було презентовано малим садкам в рамках схеми “Вільний компост”.

    Тверді органічні відходи вважаються науковцями джерелом вуглецю [29] який сприяє зв`язуванню азоту та фосфору в стічних водах, або взагалі є джерелом азоту та фосфору [29], що визначають, наприклад, методом аероліфтного біореактора. Останній метод допомогає визначити можливості відходів по постачанню азоту та фосфору для живлення рослин скоріше ніж конвективний реактор або тести з рослинами, наприклад з житом[45]. Дослідження компосту показали , що міський компост [8] поступається за якістю компосту з переферії де додають гній , бо містить більше важких металів кадмію та свинцю. Дослідження також доводять, що більш вологий компост губить більше поживних речовин в процесі дозрівання ніж сухий. Це стосується і важких металів: вологий компост лишається 2% , а сухий 0,1% важких металів. Це відбувається за рахунок вилужування останніх у грунт, тому треба готувати компости в умовах що запобігають вилужуванню: водонепрониклива основа компостовні та ємкості для дощових стоків з компосту – є обов`язковими елементами компостовні..

    Міське сміття використовували і без компостування як добриво [22] , але найкращі результати серед сміття, гною , цукрових відходів та пташиного посліду показував останній, особливо інокульований rizobium. Причьому, не тільки зростав врожай до 42% (2,5-5 т/га добрива) але і вміст білка з 5% до 11% у чорного горошку. Також збільшився вміст азоту, вуглецю та фосфору в грунті. Використання міських відходів прямо на полі з інокуляцією різними грибами обговорюється також в роботі [42]. Велики дози відходів пригнічували ріст та розвиток рослин, але малі - навпаки стимулювали, позитивно впливали на асиміляцію азоту, фосфору і калію розсадою, що була інокульована P.tinktorius i S.collinitus.

    Компост з міських покидькив ретельно досліджувався [27] на предмет взаємодії компост-грунт-рослина. Такі дослідження важливі с точки зору знання про нітратний азот, що може забруднювати підземні води. Збагачений гноєм міський компост за дослідними даними підвищував вміст сухої речовини в рослині , вміст азоту в грунті та вміст азоту в рослині пропорційно кількості внесеного добрива.. Автори роботи [27] зробили висновок, що збагачений гноєм компост з міськіх покидьків є джерелом азоту в живленні рослин, поводить себе як біологічно активний грунт – в агроекосистемі.

    Дослідження грунту під соснами через 10 років після удобрення міським компостом [20] зафіксували позитивний вплив заходу: збільшився вміст азоту в грунті та голках дерев, що викликало збільшення росту рослин.

    При виготовленні компосту з відходів тваринництва треба звертати увагу на вміст важких металів [48] , навіть якщо це робиться в сільський місцевості, так як птиця та свині для повноти споживання та засвоєння кормів одержують додатково мідь, цинк, кобальт, мишьк, марганець, залізо та,навіть, селен [23] . Останній не є суттєвим елементом для рослин і навіть може бути для них токсичним [34] і, що цікаво, посилювати акумуляцію небезпечних міді та кадмію [30]. Але селен є суттєвим елементом харчування людей і тварин. В умовах сучасного забрудненого важкими металами середовища вивчення взаємодії останніх між собою є актуальним і активно досліджуєтся. Так цинк та мідь, що поступають на поля з пташиним послідом у двічі токсичніші для томатів [30] , ніж свинець та кадмій, але одночасно вони знижують поглинання та накопичення радіонуклидів цезія (Cs 137) та стронція (Sr 90) [3]. Внесення 4,5 кг/га міді та цинку знижує вміст Cs137 та Sr 90 у тимофіївці луговій на 20-40%.

    Враховуючи вищесказане, будь яке використання компостів потребує ретельного аналізу на вміст важких металів, як і грунти на які вносять компости, а спостереження треба проводити тривалий час, як наприклад в роботі [18] по вивченню руху та накопиченню цинку і міді в грунті.

    Завершуючи обговорення проблеми використання твердих міських відходів треба зазначити, що компостування можна замінити на переробку органіки на біогаз, а такі технології розроблені і дозволяють використовувати до 30% від загального об`єму загрузки метатенків твердими міськими відходами, але важливо, щоб вміст важких металів не перебільшував рівнів токсичності для метанових бактерій [43]. Так нікель та кобальт (Ni2+, Co2+) інгибірують метаноутворення особливо при низьких температурах. Залишки після виділення біогазу містять азот, фосфор та вуглець доступний для рослин і використовуються як добрива. Слід зазначити, що в світі існуть десятки тисяч установок по виробленню біогазу в Китаї, США. Кореї та інших країнах. Україна також має сучасний досвід проектування та вироблення таких приладів: ВАТ “Сумське НПО ім.Фрунзе, ТОВ науково-технічний центр “Біомаса” м.Київ, ЗАТ “Об`эднана інжинірінгова компанія” м.Дніпропетровськ, а ТОВ “Ресурси” м.Івано-Франківськ маэ 10 років досвіду компостування міських відходів в тому числі з осадом очисних споруд міста.

    Третя група відходів

    Осад з очисних міських споруд має в даний час скоріше потенціальні можливості використання в сільському господарстві ніж практичну цінність, бо існують певні труднощі, що пов`язані з важкими металами в цих мулах. На Україні майже кожне місто має очисні споруди де в ставках накопичуються мули які містять багато органічних речовин, що можна було б використати для живлення рослин в сільському господарстві, але домішки важких металів можуть бути токсичними для рослин [31] , або навіть переходити в рослинну продукцію і становити загрозу для тварин і людей [18,7,9,41]. В розвинутих країнах не створюють звалищ для будь-яких органічних відходів, в тому числі і мулу очисних споруд. Каналізаційні стоки фільтрують, зневоджують і спалюють, а золу використовують для вироблення, наприклад, бетону. Спалюють також і компост в якому підвищений вміст важких металів. Але в Україні не можна спалити накопичені за десятеліття мули і треба шукати інші заходи аби позбутися небезпечного майна і використати його на користь у сільському господарстві. Наші пропозиції вирішення цієї проблеми будуть розглянуті нижче.

    В світі існують території, що від природи мають великий вміст важких металів, наприклад в Іспанії [15] ( 112 мг/кг нікелю в Іспанії на вапняних грунтах вважаються максимально допустимою концентрацією), або території на які вносили міські відходи в тому числі мул очисних споруд з великим вмістом важких металів та вирощували сільськогосподарську продукцію [15,36,39,24]. Так для поліпшення якості вапняних грунтів вносили 2% мулу стічних вод [39]. Дослід включав варіанти з внесенням 0, 60, 120 та 240 мг/кг нікелю. В результаті спостерігали значний приріст врожаю томатів доброї якостію Тільки варіант з вмістом нікелю 240 мг/кг призводив до зменшення врожаю, погіршення його якості і акумуляції нікелю в рослинах. Автори зробили висновок про можливість використання каналізаційного мулу як добрива для рослин. Але дані багаторічного використання каналізаційних мулів в Японії [14] свідчать про накопичення важких металів: кадмію, міді, цинку, нікелю та свинцю в грунті.За допомогою сорго та пшениці були зроблені досліди по оцінці цього накопичення. Автори відмічають наявність різних механізмів накопичення та руху важких металів в рослинах в залежності від виду, форми існування в грунті важкого металу та виду рослини. Тоб то ці питання треба ретельно досліджувати в Україні, де ми маємо великі накопичення каналізаційного мулу (шламів), а також мулу річок, що містять невідомі нам кількості важких металів які було б краще утилізувати. В Швеції вже проводяться досліди з такої утилізації [26] у енергетичному лісоводстві з коротким циклом вирощування верби (Salix clones). Внесення такого підживлення збільшувало швидкість росту, а вихід біомаси зростав з 2,5 до 20 т/га на рік. Важкі метали акумулювалися в шарі грунту, куди вносили мули, але не нижче. Покращення якості каналізаційних шламів за останні роки у Швеції дає змогу для розробки стабільної системи виробництва біопалива з використанням таких відходів як добрива.

    Автори [16] провели дослідження з мулом молочного заводу з внесенням останнього 0, 20, 40, та 80 т/га. Дози 20 і 40 т/га дали кращі результати. Вони також визначили склад листя та стебел Ixora sp. , що вирощували на цих грунтах. Для найбільш розвинутих рослин визначили: залізо 1,39-1,84 м.д. і 3,26-5,79 м.д., марганець 0,31-0,50 м.д. і 1,28-1,75 м.д., цинк 0,31-0,50 м.д. і 0,09-0,14 м.д., мідь 0,13-0,17 м.д., кадмій 0,02-0,03 м.д. і 0,03-0,002 м.д., свинець 0,16-0,22 м.д. і 0,15-0,19 м.д. відповідно для стебел і листя. В роботі зазначили важливість знання рівня мінеральних компонентів в мулі та рослинах для виробника мулу та споживача-фермера.

    Якщо ж осад від стадії біологічної очистки міських стоків містить мало важких металів, він може бути використаним для компостування в суміші з рослинними рештками [5]. Автори останньої роботи пропонують такий компост як джерело поживних речовин для рослин, що повільно звільняє поживні речовини і одмічають покращення якості грунту після удобрення .

    Цікаві дослідження з каналізаційним мулом провели автори [12]. Вони дослідили вплив останнього на ріст бобових рослин та симбіотичну фіксацію азоту для віки, сої та люпину. Досліди проводилися в теплиці, а грунт готували з вмістом мулу 20%-50%. Для грунту з 30% мулу спостерігали приріст в порівнянні з контролем 30%, а бульбочкоутворення збільшувалося на 55%,96% та 171% для віки, сої та люпину відповідно. Грунт з 40%-50% мулу навпаки – інгібірував ріст і розвиток досліджуваних рослин : для вмісту мулу 50% бульбочкоутворення знижувалось на 62%,79% і 29% відповідно. Такий ефект автори пов`язують з впливом важких металів зокрема міді і цинку. Результати проведених досліджень демонструють можливість використання мулу очисних міських споруд для покращення росту бобових культур і стимулювання азотофіксації на бідних грунтах.

    В нашій країні проблема мулу очисних споруд гостра, але не вирішується з однієї, на наш погляд, причини: ми маємо ще багато території де можна складати цю органічну сировину. В той же час наявність важких металів не дозволяє використати це джерело макро- та мікроелементів для живлення рослин в сільському господарстві. Якщо навіть зараз перейти на новітні технології з фільтрацією та спалюванням каналізаційних шламів велика кількість мулу залишиться на очисних спорудах вже як джерело важких металів для навколишнього середовища. Тому немає зараз альтернативи переробці цього мулу і в цій роботі ми формулюємо та аналізуємо шляхи вирішення проблеми.

    Шлях 1. Бросові або малопродуктивні землі здобрюються мулом очисних споруд де потім вирощується швидкоростуща верба, яку використовують як паливо. З оглядом на енергетичну кризу в країні це досить реальний шлях. З годом важкі метали будуть винесені деревиною з грунту і перейдуть у золу. Переробка золи з виділенням металів є звичайним хімічним процесом. Можна також робити з цією золою бетон або цеглу і черепицю, якщо буде відсутній в цій золі хром, бо як було встановлено автором , нагрівання до високої температури сировини, що містить оксиди заліза та хрому одночасно призводить до окислення хрому в шестивалентний стан відповідно до відомої реакції [2]. В такому вигляді хром легко потім вимивається водою з виготовленої цегли, керамічної плитки або черепиці. Шестивалентний хром дуже небезпечна речовина для тварин .

    Шлях 2. На штучному полі, що зроблено з використанням каналізаційного мулу вирощують рослини, які не накопичують важкі метали. Але потрібно ще провести селекцію таких рослин на подібну властивість, як, наприклад, повідомляють Kurz Hannes та інші [24]. Вони вирощували різні типи кукурудзи та рапсу на грунтах, що містили 24 мг/кг кадмію та 1,14 мг/кг талію. Генотипи та гібриди дуже розрізнялися за вмістом цих металів. В дослідах використовували мул річок як джерело кадмію, а пил цементного виробництва як джерело талію. Про останній відомо також [32], що зелений виноград поблизу цементних підприємств акумулює його, а жито не акумулює. Таким чином, підборка рослин може дозволити вирощувати сільськогосподарську продукцію на забруднених важкими металами грунтах .

    Шлях 3. При створенні штучного грунту з використанням мулу очисних споруд проводяться міроприємства по гальмуванню руху важких металів шляхом вапнування до рН ~8 [16,2],або обробкою фосфатами [38], або відновлення грунту цеолітами та іонними полімерами [35,19]. Збільшення рН грунту призводить до зменшення коефіцієнту дифузії іонів важких металів , збільшення взаємодії іонів з поверхнею грунтової фази. Фосфати важких металів погано розчинні у воді, що також зменшує коефіцієнт дифузії відповідних іонів та іх поглинання рослинами. Цеоліти, які пропонують використовувати автори роботи[13] у відповідності з їх власним патентом [pat.Pl 162499(1992)] , знижували поглинання важких металів петрушкою, цибулею та морквою. Ефективність застосування цеолітів залежить від їх типу, виду та вологості грунту, виду рослини та типу і форми існування в грунті металу. Цеоліти та іонні полімери (іонообмінні смоли) сильно зв`язують катіони важких металів і запобігають їх накопиченню в рослинах.

    Шлях 4. На створеному штучному грунті вирощуються технічні культури, наприклад соняшник,рапс , ефіро-олійні рослини. Для останніх відомо [49,17] , що ефірні масла з Coriandrum, Roza, Lavandula, Mentha, Salvia, Ocimum, Foeniculum, Anethum, Hyssopus i Rhus вирощених в Болгарії на отруєних важкими металами грунтах мали дуже низький рівень вмісту кадмію, свинцю, міді та цинку, майже на межі чутливості атомно-абсорбційного методу аналізу. Рослини м`яти хоча і мали на забрудненому грунті на 17% менше олії, але важких металів в олії не мали. Автори зробили висновок, що взамін їстівних рослин на забруднених важкими металами грунтах можна вирощувати ефіро-олійні культури поступово виводячи з грунту важкі метали в рослинну массу (але не в ефірну олію !). Якщо ж вирощувати соняшник, ми сподіваємося отримати аналогічний результат, але це ще треба довести. Ми плануємо провести відповідні дослідження, тим більше, що соняшник потужна рослина, яка акумулює багато мінеральних речовин. Це майже ідеальна для наших цілей культура, яка крім олії дає багато рослинних рештків, спалювання яких дозволяє отримати додаткову енергію. Вирощування соняшника декілька років дозволить очистити грунт і повернути його в екологічне землеробство. Повна очистка за допомогою рослин грунтів створених на основі мулу очисних міських споруд, на наш погляд, є найкращим варіантом відповідного агроекологічного проекту. Треба враховувати, що мул скоагульований сульфатом алюмінія чи хлоридом заліза пропонується вже для покращення структури грунту [25] за рахунок великого вмісту органічних речовин і гидроксидів алюмінію та заліза. Крім того, фосфати алюмінію та заліза, які утворюються при осадженні такого мулу важкорозчинні у воді і будуть джерелом постачання фосфору рослинам багато років. В той же час без коагуляції та дезинфекції зрошення каналізаційними водами рослин [12](Австрія) показало, що рослини мали на 50% меншу масу, хоча і поглинали ~77% фосфору і ~80% азоту з цих стоків.

    Ми вважаємо, що пора розглядати мули очисних споруд в Україні не як заважаючі і небезпечні (за важкими металами) відходи, а як джерело поживних речовин для рослин в сільському господарстві. Треба розробляти технології такої утилізації, як це вже зроблено і втілено в життя для твердих органічних міських відходів. Компостування та виробництво біогазу проводиться в світі індустриальними методами, випускається відповідне обладнання, інститути розви вають ці технології в тому числі і в Україні. Актуальним являється організіція спеціальної освіти агрономів, які б могли впроваджувати і розвивати технології застосування будь яких органічних відходів в сільськогосподарському виробництві і навіть працювали в міських департаментах.

    Полтавський регіон має ті ж екологічні проблеми, що і вся країна, але з деякою специфікою. Так, роблячи 5% промислової продукції країни, Полтава виробляє 20,5% нафти і газового конденсату і 34,8% природного газу країни [52]. Забруднений нафтопродуктами ґрунт, що утворюється в результаті функціонування нафтовидобувних підприємств, не можна вивезти на відповідні заводи для відмивання нафтопродуктів, як це можна зробити за рубежем – немає таких заводів. У випадку емісій вуглеводнів або проток у навколишнє середовище, залишається сподіватися тільки на природу: мікроорганізми і рослини. Очищення забруднених ґрунтів, вод і повітря за допомогою рослин, так звана “фіторемедіація” (термін уперше з'явився в літературі 1994 року) перспективний напрямок у США й останнім часом у Європі [51]. У процесі фіторемедіації ґрунтів корені рослин служать джерелом органічних речовин, що стимулюють розвиток мікроорганізмів, а ті руйнують вуглеводні. Крім того, рослини можуть поглинати ряд органічних забруднювачів і трансформувати них в інші, безпечні для навколишнього середовища продукти (“фітотрансформація”). Таким чином, ми можемо розглядати фіторемедіацію як екологічно кращий (природний) метод очищення забруднених нафтопродуктами територій. Яка ефективність даного методу? По оцінці американських фахівців фіторемедіація 1 тонни забрудненого ґрунту обходиться в 10-35 доларів, відмивання ґрунту в 80-200 доларів, екстракція розчинниками в 360-440 доларів і спалювання в 200-1500 доларів [53]. Єдиний недолік фіторемедіації – низька швидкість. Однак є всі можливості в підборі відповідних рослин, мікроорганізмів і агротехніки для прискорення процесу. Ми вважаємо, що забруднені нафтопродуктами ґрунти можна використовувати для формування ґрунтів штучних полів (полігонів), про що йшла мова віще, з наступним вирощуванням сільськогосподарських культур, що прискорять процеси біодеградації вуглеводнів нафти. Продукція, яку будуть одержувати на таких полігонах, дозволить компенсувати деякою мірою витрати. Для формування штучного ґрунту можна буде використовувати мули міських очисних станцій, відходи гірничодобувних підприємств і компост із міських органічних відходів.

     

    Література.

    1. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.-М.: Химия.- 1984.- С.431.
    2. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М.: Химия.- 1973.- т.1.- C.369.
    3. Рак М.В., Дембинский М.Ф. Экологические аспекты применения микроэлементов в земледелии Республики Беларусь// Вісник Держ.Агроек.Акад.Укр.- 2000.- С.111-113.
    4. Федосеенко Д.В., Гордеева Е.Ф., Воронянский Р.В. Агроекологическое обоснование применения модифицированних молибденсодержащих отходов в сельском хозяйстве// Мат. наук. практ. конф. “Екологічні проблеми регіону: суть і шляхи вирішення”.- Полтава.- 1999.- С.113-116.
    5. Abd-Alla M.H., Yan F., Shubert S. Effects of sewage application, nitrogen fixation, and plant growth of faba bean, soyben, and lupin// J.Appl.Bot.-1999.-73.-№3/4.-P.69-75.
    6. Aimin Y. Efficient compound compost fertilizer// Faming Zhuanli Shenging Gongkai Shuomingshu.-1996.-26 p. Application: CN 95-11654 19951010. Pat. Chenese. Zhidong Z., Tongshun Z. Efficient compound compost fertilizer// Faming Zhuanli Shenging Gongkai Shuomingshu.-1997.- 7 p. Application: CN 96-10465 19960416. Pat.Chinese.
    7. Ayuso, M.,Hernander, T., Costa, F., Garcia, C., Pascual, J.A. Effect of the maturity of municipal waste on nitrogen availability and seed germination// Suelo Planta.-1992.- 2.-№3.- P. 517-527. Spanish.
    8. Barbro U. Leaching of plant nutrients and heavy metals during the composting of household and chemical characterization of the final product// Acta Agric. Scond., Sect. B .-1997.- 47.-№3.- P. 142-148.
    9. Bennet, J.P., Chiriboga, E., Coleman, J., Waller D.M. Heavy metals in wild rice from nothern Wisconsin// Sci. Total Environ.-2000.- 246.№2-3.- P. 261-269.
    10. Bergmann, W. Nutritional Disorders of Plants : Development, Visual and Analitical Diagnosis. | Transl.: Brian. Patchett|. – Jena, Stutgart, New-York: G.Fischer.-1992.
    11. Bezdenezhnykh, N.I., Pronin, M.S., Bezdenezhnyk, A.A., Shil`nikov, I.A. Krasnoyarsk. Gos. Univ., Krasnoyarsk, Russia. Development of technology for use of dry ash from Kansk-Achinsk coals in agriculture as granulated fertilizer// Elektr. Str.- 1995.-6.-P. 2-8.
    12. Boyden B.H., Rababah A.A. Recycling nutrients from municipal wastewater// Desilination .-1996.- 106.-N1-3.- P. 241-246.
    13. Buczkowski R., Szymanski Tomasz., Kondzielski I. Sorption of cations on some soil components// Ekol.Tech.-1995.- 3.-N4.- P. 14-17. Polish.
    14. Felix M.S., Mitsuo C., Shigeko G., et al. Plant availability of Cd, Cu, Ni, Pb and Zn in long term applied andisol with sewadge sludges//Tokyo Nogyo Daigaku Nogaku Shuho.- 1999.- 43.- N4.- P. 279-291.
    15. Fernandez, S., Seoane, S., Merino, A. Plant heavy metal concentrations and soil biological properties in agricultural serpentine soils// Commun. Soil Sci. Plant Anal.- 1999.- 30.-№13/14.- P. 1867-1884.
    16. Garcia Y., Ferrer O., Marin M.Levels of minerals in plants grown in soils prepared with sludge from a dairy plant// Ciencia (Maracaibo).-1999.- 7.-N1., P. 46-56. Spanish.
    17. Georgieva T., Kolev T., Kovatcheva N., Stanev S., Margina A. Heavy metal uptake by mint// Acta Hortic.- 1999.- P. 500(Second World Congress on Medicinal and Aromatic Plants for Humam Welfare.- 1997.- P. 111-117.).
    18. Goto S., Chino M., Jamagishi J. and Kumazawa K. Effective of long-term applications of sewage sludge on Zn and Cu retention in sludge-treated soil. T.Ando et al.(Eds.), Plant nutrition - for sustainable food production and environment. Kluver Academic Publishers.-1997.- P.603-604.
    19. Grannel B.S., Eighmy T.T., Krzanowski J.E., Ensden J.D. Jr., Shaw E.L., Francis C.A. Heavy metal stabilization in municipal solid waster combastion bottom Ash using soluble phosphat// J.Waste Management .-2000.- 20.-№2/3.-P.135-148. Gworek B., Borowiak M.Soil remediation using zeolite// Warsaw`98, Int.Symp.Exhib.Environ.Contam.Cent.East.Eur., Symp.Proc., 4th .-1998,.- P. 1273-1280. English.
    20. Grueneklee, Claus Eberhard; Moll, Wolfgang; Kern, Karl Guenter. Nitrogen status of a Scots pine site 10 years after fertilization with composted municipal waste// Z.Pflanzenernaehr. Bodenkd. –1993.- 156.-№1.- P. 39-44.
    21. Gulab S., Tripathi, R.C., Jha, S.K. et al. Solid waste management in TPPs: Environmental impacts of abandoned ash ponds and their biological reclamation// Proc. Int.Conf. Solid Waste Technol. Manage. -1998.
    22. Gupta, S.C., Namdeo, S.L., Pawar, K.S., Nema, D.P. Effect of organic manures and rhizobium inoculant on symbiotic traits, nutrient content, quolity and yield of blach gram// Orient. J.Chem.-1994.- 10.-№2.- P. 114-118.
    23. Han F.X., Kingery W.L., H.M.Selim H.M., P.D.Gerard P.D. Accumulation of heavy metals in long-term poultry waste amended soil// Soil Science.-2000.- 165.- №3.
    24. Hannes K., Rudolf S., Volker R. Selection of cultivars to reduce the concentration of cadmium and thallium in fold and folder plants// J.Plan Nutr.Soil.Sci.- 1999.- 162.-№3.- P. 323-328.
    25. Hansson B. The influence of coagulants and precipitants on the behavior of sewage sludge on agricultural land// Vatten.- 1996.- 52.-N1.- P. 31-38.
    26. Hasselgren, K. Utilization of sewage sludge in short-rotation energy forestry: pilot study// Waste Manage . Res.-1999.- 17.-N4.- P. 251-262.
    27. Iglesias-Jimenez, E., Alvarez, C.E. Apparent availability of nitrogen in composted municipal refuse// Biol. Fertil.Soils.-1993.- 16.-№4.- P. 313-318.
    28. Karagiannidisi, N. Effect of industrial waste application on plant growth// Agrochimica.-1999.- 43.-1.- P. 18-27.
    29. Labres, P.L., Pavan, P., Battistioni, P. Et al. The use of organic fraction of municipal solid waste hydrolysis products for biologycal nutrient removal in wastewater treatment plants// Water Res.-1998.- Volume Date 1999.- 33.-№1.- P. 214-222.
    30. Landberg T., Greger M. Influence of selenium on uptake and toxicity of copper and cadmium in pea (pisum sativum) and wheat (Triticum aestivum)// Physiol. Plant.-1994.- 90.-№4.- P. 637-644.
    31. Leonova, N.S. Growth and development of potato plants in medium with higher concentration of heavy metals in vitro// Inst.Tsiol.Genet., SO RAN, Novosibirsk,Russia.
    32. Makridis C., Pateras D., Amberger A. Thallium pollution risk to food chain from cement plants// Fresenius Environ. Bull.-1996.- 5.-11/12.- P. 643-648.
    33. Marschner , H. Mineral Nutrition of High Plants. 2 ed. Academic Press. London.-1995.
    34. Mikkelsen, R.L., Page, A.L., Bingham, F.T. Natl.Fert.Dev.Cent., Tennessee Valley Anth., Muscl Shoals, AL, USA// SSSA Spec. Publ.-1989.- 23 (Selenium Agric. Environ.).- P. 65-94. ISSN: 0081-1904. Journal: General Review written in English.
    35. Monicke R., Klose R., Kurzer H.J. Useful recomendations for soils with elevated Cd-, Pb- and As- content// VDLUFA – Schriftenr.-1999.- 52.- P. 549-551. German.
    36. Mun Gyu H.Treatment ability of heavy metals-tolerant microorganisms in heavy metal wastewater activated sludge process// Han`guk Hwankyong Uisaeng Hakhoechi.- 1998.- 24.-№4.-P. 1-9. Korean .
    37. News of Vienna`s Environmental and Urban Technologies. -1999. Published by: City of Vienna Press-Information Service (municipal Department 53), Rathaus, A-1082 Vjenna, 11/99.
    38. Olodovskii P.P. Theory of the effect of inhibition of transport of radionuclides and heavy metals from soil to plants by using a soil amendment.2.Evaluation of the change of ion diffusion coefficients in soil at low concentrations. Theory and calculations//Inzh.-Fiz.Zh.-1996.- 69.-N1.- P.151-160 (Minsk, Belarus).
    39. Palacios, G., Garbonell-Barrachina, A., Gomez, I., Mataix, J. The influence of organic amendment and nickel pollution on tomato fruit yield and quality// J. Environ. Sci. Health, Part B.-1999.- 1334.-№1.- P. 133-150.
    40. Paulsen, H.M., Haneklaus, S., Sehnug, E. Suitability of SDA products to meet the sulfur demand of agricultural crops.Germany//VGB Kraftwerkstech.- 1999.-79.-№7.-P. 74-78.
    41. Pinamonti F., Nicolini G., Dalpiaz A. ,et al. Compost use in viticulture: effect on heavy metal levels in soil and plants// Commun. Soil Sci. Plant Anal.-1999.- 30.-№9/10.- P. 1531-1549.
    42. Roldan, A., Albaladejo, J. Effect of myccorizal inoculation and soil restoration on the growth of Pinus halepensis seedlings in a semiarid soil// Biol.Fertil.Soils.-1994.- 18.-№2.- P. 143-149.
    43. Sairam M., Singh L., Suryanarayana M.V.S., AlamS.I. Effect of Iron, Nickel and Cobalt on Bacterial Activity and Dynamics During Anaerobic oxidation of organic matter// J.Water, Air and Soil Pollution.- 2000.- 117.-№1-4.
    44. Shelton J.E. Utilization of wastwater biosolids compost for agronomic and horticultur// WEF/AWWA Jt. Residuals/Biosolids Conf.,Proc., 4th.-1995.
    45. Veltof, G.L., Bensichem, M.L., Raijmakers, W.M.F., Janssen B.H. Assesment of plant available nutrients in organic products using an airlift bioreactor// J.Environ. Qval.- 1998.- 27.-№5.- P. 1261-1267.
    46. Viera R.F. et al. Foliar Application of Molibdenum in Common Bean. 3.Effect of Nodulation// J.Plant Nutr.-1998.- 21.-№10.- P.2153-2161.
    47. Xinmin D., Yanly W., Ming Z. Multy-effect inorganic-organic compaund fertilizer//Faming Zhuanli Shenging Gongkai Shuomingshu.- 1996.- 15 p. Application: CN 95-10743 19950707. Pat. Chenese.
    48. Yasuo H., Kiyonori H., Takashi O., Masayoshi K. Quolity of compost produced from animal wastes// Dep.Nat.Resours., Inst.Agro.Environ.Sci., Tsucuba, Japan. JARQ.- 1993.- 26.-№4.- P. 238-246.
    49. Zheljazkov V. Jekov D. Heavy metal content in some essential oils and plant extracts// Acta Hortic. –1996.- P. 426 (International Symposium on Medicinal and Aromatic Plants.-1995.- P. 427-433. English.
    50. Zozikova E., Kotseva E., Georgieva, D. Et al. Effect of molybdenum on the content of some phytohormones in winter wheat grown on acid soil// Fizcol. Rast. Sofia.-1992.- 18.-3.-P. 27-35.
    51. COST Action 837. Achievements and Prospects of Phytoremediation in Europe (Final Workshop and Management Committee Meeting). 15-18 October, 2003, Vienna, Austria.
    52. National Report of Ukraine on Harmonization of Society`s Activity in Natural Environment. Special publication on the occasion of the 5th Pan-European Ministerial Conference"Environment for Europe", Kyiv 2003
    53. Schnoor J.L. Phytoremediation of Soil and Groundwater. The University of Iowa. GWRTAC, 2002, p. 29, tab.8. www.gwrtac.org

    Главная страница

    Сведения об авторах

     


    © Независимое агентство экологической информации

    Последние изменения внесены 22.04.07