В.И. Титова М.В. Дабахов Е.В. Дабахова

ОБОСНОВАНИЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА

В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Допущено УМО вузов РФ по агрономическому образованию в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям

«Агрономия», «Агрохимия и агропочвоведение»

Н. Новгород – 2009

2

УДК 631.879 Т-45 Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Обоснование использования от-

ходов в качестве вторичного материального ресурса в сельскохозяйственном производстве: учебное пособие /Нижегородская гос. с.-х. академия. – Н. Новго-род, Изд-во ВВАГС, 2009. – 178 с.

ISBN 978-5-85152-746-3 Первый раздел работы посвящен рассмотрению общих вопросов использо-

вания отходов народного хозяйства в аграрном комплексе страны в качестве вторичного материального ресурса. Во втором разделе предложены методоло-гические подходы к оценке безопасности отходов производства для компонен-тов окружающей среды и основы нормирования их внесения при утилизации отходов в земледелии. Материал сопровождается примерами исследований по оценке питательной ценности и безопасности отходов (жом свекловичный, бар-да послеспиртовая, фугат, творожная сыворотка и др.), планируемых к утили-зации в сельскохозяйственном производстве.

В третьей части работы рассматриваются возможности рекультивации на-рушенных почв с использованием отходов производства и потребления; назва-ны экологические ограничения и требования к отходам, рекомендуемым к ис-пользованию в таких целях и принципиальные положения по оценке их потен-циального воздействия на все компоненты ландшафта.

Рекомендуется к использованию студентами, обучающимися по агрономи-ческому направлению, включая специальности «Агрономия», «Агрохимия и аг-ропочвоведение» и «Агроэкология», при освоении курсов «Экология», «Оценка воздействия на окружающую среду», «Экологическая экспертиза», «Охрана ок-ружающей среды и рациональное природопользование», «Мониторинг и мето-ды контроля за состоянием окружающей среды», «Экономика природопользо-вания», «Эколого-правовые основы землепользования», а также специалистами сельского хозяйства, государственных природоохранных структур и экологиче-ских экспертных организаций.

Рецензенты:

Сычев В.Г., директор ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, докт. с.-х. наук, профессор, академик РАСХН Климов К.Н., зам. начальника управления по экологическому контролю Комитета охраны природы и управления природопользованием Правительства Нижегородской области, канд. техн. наук

ISBN 978-5-85152-746-3 Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В., 2009

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, 2009

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …….. …………………………………………………………………… 5 Раздел 1. Понятие об отходах и проблемы обращения с ними…………………….

6

1.1. Способы обращения с отходами. Перспективы использования отходов в земледелии и при восстановлении нарушенных земель…………………….

6

1.2. Классификация и нормативно-правовое обеспечение обращения с отходами…………………………………………………….. 1.3. Термины и определения ………………………………………………….

11

19 Раздел 2. Рекомендации по применению отходов в сельскохозяйственном производстве………

25 2.1. Особенности воздействия отходов на компоненты агроэкосистемы…............................................................................................

26 2.1.1. Отходы промышленного животноводства и птицеводства 26 2.1.2. Отходы предприятий, перерабатывающих растениеводческую и животноводческую продукцию………………………………………………………………….. 2.1.3. Отходы химических производств…………………………………. 2.1.4. Основные проблемы утилизации отходов в сельскохозяйственном производстве…………………………

37 50

54 2.2. Оценка агрономической ценности и безопасности отходов, планируемых к использованию в качестве новых удобрительных материалов………………………………...

64 2.2.1. Программа по установлению удобрительной ценности и безопасности отходов ………………………………………………

64

2.2.2. Исследования по возможности использования в качестве удобрений отходов предприятий перерабатывающей и химической промышленности ……

66 2.2.3. Примеры использования расчетных показателей для прогноза влияния отходов на компоненты окружающей среды …………………………

100 2.3. Разработка безопасной технологии утилизации отходов в сельскохозяйственном производстве…………………………...

104 2.3.1. Определение лимитов на утилизацию отходов……………... 105

4

2.3.2. Технологические аспекты безопасной утилизации отходов животноводства……...............................................

119

2.3.3. Технологические аспекты безопасной утилизации фугата – отхода переработки барды спиртовой ………………………..

134

Раздел 3. Рекомендации по использованию отходов для рекультивации нарушенных земель ......

146 3.1. Экологическая целесообразность вторичного использования отходов в качестве рекультивационного грунта …………………….

147 3.2. Основные требования, предъявляемые к материалам, используемым для рекультивации нарушенных земель……………………………………………….

149 3.2.1. Свойства отходов, обуславливающие возможность

их применения в целях рекультивации…………………….

150 3.2.2. Критерии оценки и нормативные показатели материалов, рекомендуемых для рекультивации………..

154

3.2.3. Схема эксперимента по установлению возможности применения отходов в целях рекультивации земель……………………………….

158 3.3. Характеристика токсичных компонентов отходов и рекомендации по их обезвреживанию ……………………..

160 3.3.1. Поведение загрязнителей в окружающей среде и принципы снижения степени их токсичности…………….

161 3.3.2. Рекомендации по обезвреживанию токсичных компонентов отходов ……………………………

170

3.3.3. Группировка отходов по характеру использования ……… 174 Литература…………………………………………………………………

176

5

ВВЕДЕНИЕ Проблема отходов является острейшей экологической проблемой совре-

менности, так как образуясь в огромных количествах, отходы при их размеще-нии в окружающей среде являются источником ее загрязнения, ухудшают са-нитарно-эпидемиологические и эстетические качества природы. Ежегодно в Российской Федерации образуется до 7 млрд. т отходов (данные по объемам образования, захоронения, обезвреживания и использования приблизительные, так как государственная статистическая отчетность по отходам практически от-сутствует), а используется не более 2 млрд. т. В отвалах и хранилищах накоп-лено более 80 млрд. т твердых отходов, в том числе токсичных. Из-за недостат-ка полигонов для захоронения и складирования отходов производства распро-странена практика их вывоза в места неорганизованного складирования (не-санкционированные свалки), под которые из сельскохозяйственного оборота изъято более 250 млн. га земель.

Между тем, некоторые отходы обладают свойствами, обуславливающими возможность их хозяйственного использования, что предопределяет интерес к отходам как вторичному материальному ресурсу, а их возвращение в матери-альный круговорот приобретает важное экологическое, экономическое и энер-госберегающее значение. В целом такие отходы могут использоваться в разных отраслях народного хозяйства, но в настоящее время имеют большой спрос в растениеводческом комплексе сельскохозяйственного производства, где нахо-дят применение в силу своей химической природы – большинство отходов мно-гокомпонентны по набору элементов и имеют органическую природу, что по-вышает их сродство органическому веществу почвы.

Часть отходов, однако, напрямую не может использоваться как удобри-тельный материал, но при определенных технологических ухищрениях может быть использована как основа, субстрат для создания грунтов или насыпного слоя при рекультивации выработанных карьеров.

Вместе с тем следует учитывать, что применение отходов может сопрово-ждаться рядом серьезнейших негативных процессов, отражающихся на всех компонентах экосистемы – почве, фитоценозе, атмосфере, подземных и по-верхностных водах и пр. Так, при определенных условиях возможно загрязне-ние почв, растительной продукции и природных вод тяжелыми металлами и ор-ганическими поллютантами. Причем сила их влияния будет зависеть как от хи-мического состава отходов, так и от регламента их применения (доз, способов, периодичности внесения и т.д.). В то же время, регулируя указанные характе-ристики, в ряде случаев можно свести уровень потенциального негативного воздействия на окружающую среду к приемлемому.

6

Раздел 1. ПОНЯТИЕ ОБ ОТХОДАХ И ПРОБЛЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ С НИМИ

1.1. Способы обращения с отходами. Перспективы использования отходов в земледелии

и при восстановлении нарушенных земель В соответствии с Законом РФ «Об отходах производства и потребления»

(1998 г.) отходы производства и потребления – это остатки сырья, материа-лов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратив-шие свои потребительские свойства.

Обращение с отходами – деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортированию, размещению отходов.

Как отходы производства, так и отходы потребления образуются в на-стоящее время в огромных количествах и представляют серьезную угрозу для окружающей среды, являясь источником ее загрязнения, ухудшая санитарно-эпидемиологические, оздоровительные и эстетические качества. Ежегодно в странах Евросоюза образуется около 1,3 млрд. т различных отходов, то есть 3,5 т на каждого жителя.

В Российской Федерации деятельность различных отраслей промышлен-ности ведет к образованию более 130 млн. т отходов в год, при этом общее ко-личество отходов, накопленных на зарегистрированных площадках их времен-ного и постоянного размещения, составило более 2 млрд. т, а площадь захоро-нений, без учета несанкционированных свалок, превысила 22 тыс. га (Панкеев И.А., Рыбальский Н.Г. и др., 2003).

В соответствии с законом РФ «Об отходах производства и потребления» отходы можно размещать, использовать и обезвреживать (далее определения приводятся в соответствии с законом).

Размещение отходов

Размещение отходов включает в себя их хранение и захоронение. Хранение отходов – содержание отходов в объектах размещения отходов

в целях их последующего захоронения, обезвреживания или использования. Захоронение отходов – изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему

использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попада-ния вредных веществ в окружающую природную среду.

Хранение и захоронение отходов сопровождается рядом негативных про-цессов, среди которых можно назвать нижеперечисленные.

7

1. Места размещения отходов занимают большие площади, являются

источниками пыли и шума, а с площадок их размещения происходит выделение вредных газообразных веществ, содержащихся в отходах, и вновь образован-ных вторичных летучих соединений.

Газы в местах размещения твердых бытовых отходов (ТБО) образуются при протекании микробиологических процессов. Выделяются метан, углекис-лый и угарный газ, окислы азота, дурнопахнущие сероводород, меркаптаны и другие газы. Газовый состав выделений зависит от длительности хранения и от фазы брожения. Несмотря на то, что микробиологические процессы на площад-ках размещения отходов производства, как правило, не протекают, так как кон-центрация ядовитых веществ превосходит предел токсичности для микроорга-низмов и/или отсутствует ряд условий, необходимых для процессов трансфор-мации химического состава отходов (достаточная влажность и др.), газообраз-ные вещества тем не менее присутствуют как следствие химических реакций, либо выделяются при перемещении летучих веществ к поверхности. Газы, об-разующиеся в таких условиях, как правило, имеют сильный запах, ядовиты, го-рючи, а в определенном соотношении с воздухом – взрывоопасны.

2. В местах размещения отходов при воздействии на них атмосферных осадков и грунтовых вод может происходить образование просачивающихся вод.

Из мест размещения ТБО вымываются, прежде всего, продукты гниения. Микробиологические процессы и «химизация» бытового мусора приводят к сильному загрязнению грунтовых вод. В хранилищах отходов производства просачивающиеся воды содержат те же вещества, что и сами отходы, что обу-славливает серьезную опасность загрязнения.

Небезопасны и места размещения бытовых и производственных отходов вместе. В массе таких отходов может происходить взаимодействие между ве-ществами, образовавшимися при брожении и токсичными веществами отходов производства, что может привести к растворению последних (например, в ре-зультате комплексообразования).

В настоящее время места размещения отходов, как правило, не обеспечи-вают должной охраны окружающей среды и представляют собой большую опасность.

Обезвреживание отходов Обезвреживание – это обработка отходов, в том числе сжигание и обез-

зараживание на специализированных установках, в целях предотвращения вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду.

Одним из основных способов обезвреживания отходов является их сжи-гание. Это позволяет существенно уменьшить объем отходов.

8

Продукты от сжигания (шлаки и зола) составляют около 10 % от перво-начального объема и 30 % от массы сжигаемых материалов. Кроме этого, про-исходит разрушение горючих материалов, которые могут быть опасны при хра-нении.

Однако процесс сжигания отходов сопровождается рядом серьезных не-гативных последствий:

• во-первых, нарушается соотношение газов в атмосфере, т.к. на сжигание расходуется кислород, а выделяется углекислый газ;

• во-вторых, в продуктах сжигания в концентрированных количествах со-держатся вредные органические (в том числе бенз(а)пирен и диоксины) и неорганические (оксиды серы, азота и углерода, хлор- и фтороводо-род, тяжелые металлы) вещества, в дымовых газах содержится пыль, а в осадках – продукты сжигания (шлаки, зола, остатки на фильтрах). В целом, при существенном уменьшении объема отходов не менее суще-

ственно увеличивается их токсичность. Еще одним способом обезвреживания отходов может считаться пиролиз,

который представляет собой разложение химических соединений при высоких температурах без доступа кислорода. После проведения пиролиза остаются два основных продукта – твердые остатки и коксовый газ, причем последний после охлаждения разделяется на две фракции: пиролизный конденсат, состоя-щий из сложной смеси различных дегтеподобных и маслянистых веществ и во-ды, и пиролизный газ, остающийся после конденсации.

В процессе пиролиза, так же как и при сжигании, образуются вредные га-зы (сероводород, органические соединения серы, циановодород, галогеноводо-роды и органические галогенсодержащие соединения), последующее сжигание которых приводит к образованию диоксидов серы, оксидов азота, органических и неорганических веществ, содержащих галогены. Сточные воды, поступающие из установок для пиролиза, сильно загрязнены органическими веществами, а из отвалов твердых остатков пиролиза возможно вымывание вредных веществ. В твердых продуктах пиролиза, кроме того, обнаружены высокие концентрации поликонденсированных углеводородов и хлорированных углеводородов. В свя-зи с этим пиролиз отходов нельзя признать самым безопасным методом их пе-реработки.

Таким образом, рассмотренные выше возможности обращения с отхода-ми (размещение и обезвреживание) не решают проблему отходов, а лишь по-зволяют снять ее остроту. В этой связи по мере развития современного произ-водства все большую актуальность приобретают вопросы оценки возможности использования отходов в качестве вторичного материального ресурса.

Использование отходов

9

Использование отходов – это применение отходов для производства то-варов (продукции), выполнения работ, оказания услуг или для получения энер-гии.

Отходы, которые непосредственно (в исходном состоянии) или после соответствующей переработки могут быть использованы в хозяйственной деятельности, называют вторичными материальными ресурсами.

Так, например, в химической промышленности при получении серной ки-слоты из колчедана после извлечения основной массы серы остается твердый порошок – пиритный огарок, содержащий железо, медь, сульфат кальция, не-много золота, серебра и другие компоненты, который может быть использован в цементной и стекольной промышленности, в производстве строительных ма-териалов.

При переработке фосфорсодержащего сырья в удобрение на стадии сер-нокислого разложения фосфатов в качестве отхода производства образуется фосфогипс. Он может быть использован для мелиорации солонцовых почв, в производстве цемента, для получения серной кислоты, извести и т.д.

И все-таки на настоящее время из всего многообразия отходов химиче-ской промышленности только 120 видов используются как вторичные матери-альные ресурсы. Остальные применения пока не находят.

Среди отходов потребления есть часть материалов, вторичное использо-вание которых после переработки достаточно распространено, например, ме-таллический лом, бумага и т.д. Однако переработка различных компонентов твердых бытовых отходов таким образом в значительных объемах возможна только при раздельном сборе разных видов бытового мусора или его сортиров-ке, что в нашей стране имеет перспективу, но в ближайшем будущем в силу экономических причин вряд ли получит широкое распространение.

Органические отходы могут использоваться с целью получения энергии. В Германии, Голландии, России и других странах введены в эксплуатацию био-газовые установки, где получают энергию методом метанового сбраживания органических материалов. Так, например, на биоэнергетических комплексах может использоваться птичий помет. Продуктом его сбраживания является экологически чистое топливо в виде метана для мини-ТЭЦ. Птицефабрика мощностью 400 тыс. кур-несушек может вырабатывать не менее 2,5 тыс. м3 биогаза в сутки. Это количество позволит обеспечить ежесуточную работу ми-ни-ТЭЦ на базе газового двигателя мощностью 400-450 кВт, что эквивалентно экономии 60 т дизельного топлива в год.

Подобное получение энергии особенно актуально на фоне растущего де-фицита ископаемого органического сырья, значительного повышения себе-стоимости его добычи и транспортировки. Однако, несмотря на перспектив-ность данного способа переработки органических отходов, практическое ис-пользование его пока ограничено, поскольку системно не решены некоторые

10

вопросы создания базовых конструкций. В частности, проблематичным являет-ся очистка, разделение и компремирование биогаза. Работа установок часто не-рентабельна. Кроме этого, не решена проблема утилизации отходов биогазовых установок.

Одним из возможных направлений вторичного использования ряда отхо-дов является применение их в качестве удобрений. Здесь необходимо под-черкнуть, что с принципиальных позиций в сельском хозяйстве применение мо-гут иметь вещества как минеральной, так и органической природы, но послед-ние – более значимы по ряду причин. Так, при внесении в почву органические вещества служат ценнейшим энергетическим и питательным материалом для почвенной биоты и растений. Это, с одной стороны, дает возможность полной переработки отходов с помощью микрофлоры почвы (так называемый процесс самоочищения почв), а с другой – позволяет повысить урожайность сельскохо-зяйственных культур за счет поступления в составе органического вещества дополнительного количества элементов питания, т.е. обеспечить агрономиче-ский эффект.

В качестве органических удобрений традиционно используются отходы животноводства и птицеводства. Вместе с тем, с переходом этих отраслей на промышленную основу появились новые формы удобрений (жидкие удобрения и их отдельные фракции, избыточный активный ил и т.д.) и резко увеличились дозы их внесения. В такой ситуации возникло множество проблем, связанных с негативным воздействием отходов на окружающую среду.

Для удобрения сельскохозяйственных культур, в цветоводстве и зеленом строительстве могут применяться осадки сточных вод и компосты из бытового мусора. Данные материалы богаты органическим веществом и элементами пи-тания растений. Однако их внесение в почву сопряжено с высоким риском за-грязнения окружающей среды тяжелыми металлами и другими токсикантами.

В последние годы все чаще рассматривается возможность использования в качестве органических удобрений отходов предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию (свекловичный жом, послеспиртовая барда, молочная сыворотка). Эти отходы, как правило, содержат некоторое количество органического вещества и биогенных элементов, но при этом обладают высо-кой кислотностью и специфической микрофлорой.

Таким образом, с одной стороны, целесообразность утилизации отходов производства в качестве удобрений в агроэкосистеме не вызывает сомнений (возвращение биогенных элементов в хозяйственный круговорот, ресурсосбе-режение за счет сокращения применения синтезированных минеральных удоб-рений, сокращение нагрузки на окружающую среду, возникающей при хране-нии отходов и т.д.). С другой стороны, бесконтрольное их применение для этих целей может привести к существенному загрязнению компонентов окружаю-щей среды, ухудшению почвенных свойств и получению продукции растение-

11

водства, не соответствующей нормативам безопасности. В связи с этим, ис-пользование отходов в качестве удобрений должно предваряться исследова-ниями, доказывающими их питательную ценность и безопасность, и сопрово-ждаться разработкой безопасной технологии их утилизации.

Еще одним перспективным направлением использования отходов являет-ся их применение в целях рекультивации ландшафтов, нарушенных при добыче полезных ископаемых, строительстве техногенных объектов и т.д. При этом от-ходы можно применять как с целью формирования грунта, используемого для засыпки карьеров, выемок, траншей и т.д., так и для восстановления верхнего плодородного слоя почв.

Однако следует учитывать возможность проникновения токсичных ком-понентов отходов, применяемых для рекультивации, во все природные среды (воздух, подземные и поверхностные воды, почвенный покров, раститель-ность), что вполне вероятно может привести к существенному негативному воздействию на окружающую среду и здоровье людей. Наличие потенциальной опасности такого использования отходов обуславливает таким образом необхо-димость тщательного исследования по оценке возможности применения каждо-го конкретного вида отходов для рекультивации нарушенных территорий.

Вопросы для самоконтроля:

1. Приведите примеры по объемам образования отходов производства и по-требления в мире, России и Нижегородской области

2. Назовите негативные процессы, сопровождающие размещение отходов в окружающей среде

3. Назовите основные способы обезвреживания отходов 4. Назовите основные приемы использования отходов в народном хозяйстве 5. Приведите примеры использования отходов в качестве вторичного мате-

риального ресурса в сельскохозяйственном производстве 1.2. Классификация и нормативно-правовое обеспечение обращения с отходами

В зависимости от степени возможного вредного воздействия на окру-

жающую среду и в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов РФ от 15.06.01 № 511 выделяют пять классов опасности отходов:

• I класс – чрезвычайно опасные; • II класс – высокоопасные; • III класс – умеренно опасные; • IV класс – малоопасные; • V класс – практически неопасные.

12

Предприятия, в процессе деятельности которых образуются опасные от-ходы, на основании Федерального закона «Об отходах производства и потреб-ления» (статья 14) обязаны подтвердить отнесение данных отходов к конкрет-ному классу опасности.

Класс опасности устанавливается на каждый вид образующихся отходов. Критерии, позволяющие отнести опасный отход к определенному классу опас-ности, приведены в документе «Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды».

Отнесение отходов к классу опасности для окружающей среды может осуществляться расчетным или экспериментальным путем. Эксперименталь-ный метод отнесения отходов к классу опасности осуществляется в специали-зированных аккредитованных для этих целей лабораториях.

Основными нормативными документами, регламентирующими деятель-ность по обращению с отходами, а также используемыми в экологическом проектировании (в том числе с целью обоснования возможности использова-ния отхода в качестве удобрительного материала и при разработке безопас-ной технологии их утилизации) являются следующие.

Конвенции

1. Базельская конвенция ООН UNEP/IG. 80/3. О контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением

Федеральные законы

1. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» (10.01.2002 г., № 7ФЗ) 2. Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» (24 июня

1998 г., № 89-ФЗ)

ГОСТы 1. ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам

осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений 2. ГОСТ Р 30772-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Термины

и определения 3. ГОСТ Р 30773-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Этапы

технологического цикла. Основные положения 4. ГОСТ Р 30774-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Паспорт

опасности отходов. Основные требования 5. ГОСТ Р 30775-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Класси-

фикация, идентификация и кодирование отходов. Основные положения 6. ГОСТ Р 51769-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Докумен-

тирование и регулирование деятельности по обращению с отходами произ-водства и потребления. Основные положения

13

Санитарные правила и нормы (СанПиН), санитарные нормы (СН)

1. СП 2.1.7.1386-03. Санитарные правила по определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления

2. СанПиН 2.1.7.1322-03. Гигиенические требования к размещению и обезвре-живанию отходов производства и потребления

3. СП 2.1.7.1038-01. Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов

4. СанПиН 2.1.7.573-96. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения

Строительные правила и нормы (СНиП)

1. СНиП 2.01.28-85. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию

Ведомственные нормы технологического проектирования (ВНТП)

1. ВНТП 01-98. Мелиоративные системы и сооружения. Оросительные систе-мы с использованием сточных вод и животноводческих стоков

2. ВНТП 2-96. Нормы технологического проектирования свиноводческих предприятий

3. ВНТП 540/699-92. Нормы технологического проектирования семейных ферм, предприятий малой мощности перерабатывающих отраслей (мясная отрасль)

Ведомственные строительные нормы (ВСН)

1. ВСН 185-75. Технические указания по использованию зол уноса и золошла-ковых смесей от сжигания различных видов твердого топлива для сооруже-ния земляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий ав-томобильных дорог

Инструкции

1. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов твердых бытовых отходов. М., 1996 г.

2. МРР-3.2.45-05. Рекомендации по расчету стоимости разработки технологи-ческих регламентов процесса обращения с отходами строительства и сноса

Нормы и правила (НП)

1. НП-002-04. Правила безопасности при обращении с радиоактивными отхо-дами атомных станций

14

2. НП-019-2000. Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности

3. НП-020-2000. Сбор, переработка, хранение и кондиционирование твердых радиоактивных отходов. Требования безопасности

4. НП-021-2000. Обращение с газообразными радиоактивными отходами. Тре-бования безопасности

Нормы технологического проектирования (НТП)

1. НТП 1-99. Нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота

2. НТП 16-93. Нормы технологического проектирования предприятий после-уборочной обработки и хранения продовольственного фуражного зерна и семян зерновых, зернобобовых, масличных культур и трав

3. НТП 17-99. Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета

4. НТП-АПК 1.10.01.001-00. Нормы технологического проектирования ферм крупного рогатого скота крестьянских хозяйств

5. НТП-АПК 1.10.02.001-00. Нормы технологического проектирования свино-водческих ферм крестьянских хозяйств

6. НТП-АПК 1.10.03.001-00. Нормы технологического проектирования овце-водческих предприятий

7. НТП-АПК 1.10.03.002-02. Нормы технологического проектирования козо-водческих объектов

8. НТП-АПК 1.10.04.001-00. Нормы технологического проектирования коне-водческих предприятий

9. НТП-АПК 1.10.04.002-02. Нормы технологического проектирования верб-людоводческих объектов

10. НТП-АПК 1.10.04.003-03. Нормы технологического проектирования конно-спортивных комплексов

11. НТП-АПК 1.10.05.001-01. Нормы технологического проектирования птице-водческих предприятий

12. НТП-АПК 1.10.06.001-00. Нормы технологического проектирования зверо-водческих и кролиководческих ферм

13. НТП-АПК 1.10.06.002-00. Нормы технологического проектирования пред-приятий малой мощности звероводческих и кролиководческих ферм

14. НТП-АПК 1.10.09.002-04. Нормы технологического проектирования ком-плексов для выращивания шампиньонов

15. НТП-АПК 1.10.09.003-04. Нормы технологического проектирования ком-плексов для выращивания вешенки

15

16. НТП-АПК 1.10.10.001-02. Нормы технологического проектирования семей-ных ферм зернового направления и зернообрабатывающих предприятий ма-лой мощности

17. НТП-АПК 1.10.12.001-02. Нормы технологического проектирования пред-приятий по хранению и обработке картофеля и плодоовощной продукции

Отраслевые нормы (ОН)

1. ОН 017-01124328-2000. Допустимые нормы образования отходов в техноло-гических процессах железнодорожного транспорта

Руководящие документы (РД)

1. РД 09-255-99. Методические рекомендации по оценке технического состоя-ния и безопасности хранилищ производственных отходов и стоков пред-приятий химического комплекса

2. РД 153-34.0-02.108-98. Рекомендации по борьбе с пылением действующих и отработанных золошлакоотвалов ТЭС

3. РД 153-34.1-02.203-99. Методика расчета компонентного состава золошла-ковых отходов ТЭС

4. РД 153-34.1-02.207-00. Рекомендации по разработке проекта нормативов образования и лимитов размещения отходов для предприятий тепловых се-тей

5. РД 153-34.1-02.208-2001. Рекомендации по разработке проекта нормативов образования и лимитов размещения отходов для ТЭС и котельных

6. РД 153-34.3-02.206-00. Рекомендации по разработке проекта нормативов образования и лимитов размещения отходов для предприятий электриче-ских сетей

7. РД 153-39.4-115-01. Удельные нормативы образования отходов производст-ва и потребления при строительстве и эксплуатации производственных объ-ектов ОАО «АК «Транснефть»

8. РД 34.02.103-91. Методические рекомендации по проведению оценки воз-действия на окружающую среду (ОВОС) тепловых электростанций

Технические рекомендации (ТР)

1. ТР 126-01. Технические рекомендации по технологии применения различ-ных отходов промышленности, дорнита в дорожном строительстве

Территориальные строительные нормы (ТСН)

16

1. ТСН 11-302-97 (ТСН 30-302-07 Нижегородской области). Инструкция о со-ставе, порядке разработки и согласования раздела «Охрана окружающей среды» в градостроительной документации Нижегородской области

2. ТСН 30-310-2003 (ТСН 31-12-2001 Самарской области). Мусороудаление и устройство полигонов по утилизации твердых бытовых отходов сельских населенных пунктов

Ведомственные руководящие документы (ВРД)

1. Временная инструкция по подготовке проб при определении эксперимен-тальным путем класса опасности отходов для окружающей природной среды (утв. приказом Минэкологии РТ от 25 марта 2002 г. N 247)

2. Временные методические рекомендации по расчету нормативов образования отходов производства и потребления. Приложение к «Временным методиче-ским рекомендациям по оформлению проекта нормативов предельного раз-мещения отходов для предприятия».- С.-Пб., 1998

Методические рекомендации и указания

1. Методические рекомендации по оценке объемов образования отходов про-изводства и потребления. М., 2003

2. Методическое пособие по применению «Критериев отнесения опасных от-ходов к классам опасности для окружающей природной среды». М., 2003

3. Методические рекомендации по подготовке представляемых на государст-венную экологическую экспертизу материалов обоснования намечаемой дея-тельности по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке, размещению опасных отходов. Приложение к приказу Ростехнадзора от 28 августа 2007 г. № 596а

4. Методические указания по разработке проектов образования отходов и ли-митов на их размещение (Приказ МПР РФ от 11.03.2002, № 115)

Нормативные документы (НД)

1. Предельное количество накопления токсичных промышленных отходов на территории предприятия (организации). Москва, 1985

2. Предельное количество токсичных промышленных отходов, допускаемое для складирования в накопителях (на полигонах) твердых бытовых отходов. Москва, 1985

Приказы, постановления

1. Об утверждении порядка заполнения и представления формы федерального государственного статистического наблюдения 2-ТП (отходы) "Сведения об образовании, использовании, обезвреживании, транспортировании и разме-

17

щении отходов производства и потребления" (Постановление Росстата от 17 января 2005 г., № 1)

2. Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды (Приказ МПР России от 15 июня 2001 г., № 511)

3. О Правилах разработки и утверждения нормативов образования отходов и лимитов на их размещение (Постановление Правительства РФ от 16.06. 2000 г., № 461)

Каталог отходов

1. Федеральный классификационный каталог отходов (Приказ МПР РФ, 02.12.2002, № 786)

2. Дополнение к Федеральному классификационному каталогу отходов (При-каз МПР РФ от 30.07.2003, № 663)

Нормативная база, которая может быть использована при разработке проекта рекуль-тивации нарушенных ландшафтов, представлена следующими документами.

Федеральные законы

1. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» (10 января 2002 г., № 7 ФЗ) 2. Земельный кодекс Российской федерации № 137-ФЗ (от 25.10.2001 г.)

ГОСТы 1. ГОСТ 17.4.3.02-85 (СТ СЭВ 4471-84). Охрана природы. Почвы. Требования

к охране плодородного слоя почвы при производстве земляных работ 2. ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных

земель для рекультивации 3. ГОСТ 17.5.3.04-83 (СТ СЭВ 5302-85). Земли. Общие требования к рекуль-

тивации земель 4. ГОСТ 17.5.3.06-85. Охрана природы. Земли. Требования к определению

норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ 5. ГОСТ 17.5.1.01-83 (СТ СЭВ 3848-82). Охрана природы. Рекультивация зе-

мель. Термины и определения

Ведомственные руководящие документы (ВРД) 1. ВРД 39-1.13-056-2002. Технология очистки различных сред и поверхно-

стей, загрязненных углеводородами 2. ВРД 39-1.13-058-2002. Применение бентонитовых составов в рекультива-

ции техногенных песчаных субстратов на северных месторождениях. Тех-нологический регламент

Ведомственные строительные нормы (ВСН)

18

1. ВСН 014-89. Строительство магистральных и промысловых трубопрово-дов. Охрана окружающей среды

2. ВСН 179-85. Инструкция по рекультивации земель при строительстве ма-гистральных трубопроводов

3. ВСН 8-89. Инструкция по охране природной среды при строительстве, ре-монте и содержании автомобильных дорог

Руководящие документы (РД)

1. РД 34.02.202-95. Рекомендации по рекультивации отработанных золошла-коотвалов тепловых электростанций

2. РД 39-00147105-006-97. Инструкция по рекультивации земель, нарушен-ных и загрязненных при аварийном и капитальном ремонте магистраль-ных нефтепроводов

Методические рекомендации и указания

1. Методические рекомендации по проведению инженерно-экологических изысканий для целей рекультивации существующих свалок и проектирова-ния вновь организуемых полигонов захоронения твердых бытовых отходов на территории Московской области (утв. Государственным комитетом по охране окружающей среды Московской области 28 апреля 1998 г.)

Приказы, постановления

1. «О рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использо-вании плодородного слоя почвы» (постановление Правительства РФ от 23 февраля 1994 г.)

2. Основные положения о рекультивации земель, снятии, сохранении и ра-циональном использовании плодородного слоя почвы (утв. Минприроды России и Роскомзема от 22 декабря 1995 г. N 525/67)

Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте классификацию отходов по степени оказания возможного вредного воздействия на окружающую среду

2. Назовите основные законы и ГОСТы, регламентирующие деятельность по обращению с отходами

3. Приведите краткий перечень санитарных и строительных норм и правил, используемых при размещении отходов в окружающей среде

4. Назовите основные нормы технологического проектирования, действую-щие при размещении отходов в агропромышленном комплексе

5. Дайте обзор основных методических рекомендаций и указаний по регулиро-ванию обращения с отходами

6. Составьте краткий перечень основных нормативных документов, регла-ментирующих процесс рекультивации нарушенных земель и возможности использования отходов в этом процессе

19

1.3. Термины и определения Все термины даны в соответствии с действующими нормативными доку-

ментами. Активный ил – избыточная биомасса микроорганизмов, осуществляю-

щих биологическую очистку сточных вод. Аэротенк – сооружение, предназначенное для биологической очистки

сточных вод, жидкой фракции бесподстилочного навоза (помета) от органиче-ских загрязнений.

Бесподстилочный навоз (помет) – навоз (помет) без подстилки с добав-лением воды или без нее.

Биологическая очистка – метод очистки сточных вод, жидкой фракции бесподстилочного навоза [помета], при котором происходит минерализация органических веществ микроорганизмами.

Вермикомпост – органическое удобрение, полученное в результате пере-работки органических отходов с использованием культуры червей.

Взрывоопасные отходы – отходы, смеси отходов, содержащие химиче-ские вещества, способные к химической реакции с выделением газов такой температуры и давления и с такой скоростью, что это вызывает взрыв.

Вид отходов – совокупность отходов, которые имеют общие признаки в соответствии с их происхождением, свойствами и технологией обращения.

Вторичные материальные ресурсы (BMP) – отходы производства и по-требления, образующиеся в народном хозяйстве, для которых существует воз-можность повторного использования непосредственно или после дополнитель-ной обработки.

Грунт (рекультивационный грунт) – любая горная порода или почва (а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности чело-века), представляющая собой многокомпонентную систему и используемая как материал для заполнения карьеров, котлованов, выработок, других техногенных и природных депрессий рельефа.

Дефекат – отход свеклосахарного производства, образующийся в процес-се очистки свекловичного сока.

Доза внесения органического удобрения – количество органического удобрения, вносимого под сельскохозяйственную культуру за один прием.

Допустимое остаточное содержание нефтепродуктов (ДОСН) в почве (грунте) – определенное по аттестованным в установленном порядке методи-кам содержание в почве (грунте) нефти и продуктов ее трансформации после проведения рекультивационных и иных восстановительных работ, при котором:

20

• исключается возможность поступления нефти и продуктов ее трансфор-мации в сопредельные среды и на сопредельные территории;

• допускается вовлечение земельных участков в хозяйственный оборот по основному целевому назначению с возможными ограничениями (не при-родоохранного характера) режима использования или вводится режим консервации, обеспечивающий достижение санитарно-гигиенических нормативов содержания в почве нефти и продуктов ее трансформации или иных установленных в соответствии с действующим законодательст-вом нормативных значений в процессе самовосстановления, т.е. без про-ведения дополнительных специальных ресурсоемких мероприятий. Жидкая фракция бесподстилочного навоза (помета) – текучая масса,

полученная при разделении бесподстилочного навоза (помета) на фракции. Жидкий бесподстилочный навоз (помет) – бесподстилочный навоз (по-

мет), содержащий от 3 до 8 % сухого вещества. Жижесборник – сооружение для сбора, хранения, при необходимости –

обеззараживания навозной жижи. Инертные отходы – отходы, существование которых не оказывает нега-

тивного воздействия на людей и окружающую среду по признакам: • отсутствие опасных веществ и компонентов; • содержание элементов в составе соединений с низкой реакционной спо-собностью. Карантинирование органических удобрений – превентивное хранение

навоза, помета на площадках, в карантинных емкостях (навозоприемниках), ли-бо в накопителях секционного типа в целях определения эпизоотической об-становки на животноводческом предприятии, предупреждения распространения заразных болезней, их локализации, ликвидации.

Качество отходов – совокупность свойств отходов, обусловливающих их пригодность к реализуемым способам обращения с ними.

Класс опасности (токсичности) отходов – числовая характеристика от-ходов, определяющая вид и степень его опасности (токсичности).

Компетентный орган при обращении с отходами – специально упол-номоченный федеральный или территориальный орган по охране окружающей среды в сфере обращения с отходами, который в соответствии с положением о нем наделяется полномочиями по охране окружающей среды, природных ре-сурсов и который осуществляет координацию деятельности других специально уполномоченных органов в сфере обращения с отходами.

Компонент отхода – любая составная часть отхода (например, химиче-ское соединение или его составная часть, сохраняющая при обычных условиях основные свойства), для которой можно сформировать систему показателей, используемых для оценки опасности отхода.

21

Компост – органическое удобрение, полученное в результате разложения органических отходов растительного или животного происхождения.

Компостированный мусор – удобрение, полученное при компостирова-нии мусора органического происхождения.

Котлованы, карьеры, выработанные шахты – полости на поверхности или в толще земли, возникшие в результате хозяйственной деятельности или естественным путем.

Коэффициент фильтрации – основная характеристика водопроницаемо-сти пород, равная скорости движения воды через массив.

Лесохозяйственное направление рекультивации земель – создание на нарушенных землях лесных насаждений различного типа.

Навоз – смесь твердых и жидких экскрементов сельскохозяйственных животных с подстилкой или без нее.

Навозная жижа – жидкость, выделяющаяся из подстилочного навоза, компоста на основе навоза при их хранении.

Навозные (пометные) стоки – бесподстилочный навоз (помет), содер-жащий менее 3 % сухого вещества.

Навозохранилище – сооружение для сбора, хранения, обеззараживания навоза, удаленного из животноводческого помещения.

Нагрузка на окружающую среду – истощение природных ресурсов, на-копление отходов, сбросов и выбросов, эксплуатационные воздействия.

Направление рекультивации – восстановление нарушенных земель для определенного целевого использования.

Насыпной слой – слой почв или потенциально-плодородных пород, се-лективно снятый и перемещенный на поверхность отвалов и других рекульти-вируемых участков.

Нейтрализация отходов – физическая, химическая или биологическая обработка отходов с целью снижения или полного устранения их вредного воз-действия на окружающую среду.

Обезвреживание отходов – обработка отходов, имеющая целью исклю-чение их опасности или снижение ее уровня до допустимого значения.

Обеззараживание органических отходов – освобождение перерабаты-ваемых в органическое удобрение органических отходов от возбудителей ин-фекционных и инвазионных заболеваний. Обеззараживание органических от-ходов считают эффективным при отсутствии в 10 г (куб. см) пробы кишечных палочек, стафилоккоков, энтерококков или аэробных спорообразующих микро-организмов в зависимости от вида возбудителей инфекционных болезней при трехкратном исследовании.

Обработка отходов – деятельность, связанная с выполнением каких-либо технологических операций, которые могут привести к изменению физического,

22

химического или биологического состояния отходов для обеспечения после-дующих работ по обращению с отходами или их утилизации.

Объект рекультивации земель – нарушенный земельный участок, под-лежащий рекультивации.

Объект рекультивации при открытой разработке – отработанный зе-мельный участок, нарушенный открытой добычей полезных ископаемых.

Опасные отходы – отходы, существование которых и (или) обращение с которыми представляет опасность для жизни, здоровья человека и окружающей природной среды.

Органическое удобрение – удобрение, содержащее органические веще-ства растительного или животного происхождения.

Осадки сточных вод – твердая фракция сточных вод, состоящая из орга-нических и минеральных веществ, выделенных в процессе очистки сточных вод методом отстаивания (сырой осадок), и комплекса микроорганизмов, участво-вавших в процессе биологической очистки сточных вод и выведенных из тех-нологического процесса (избыточный активный ил).

Отстойник бесподстилочного навоза (помета) – специальное сооруже-ние для разделения бесподстилочного навоза (помета), сточных вод методом гравитации на осадок и жидкую фракцию.

Отходы производства и потребления – остатки сырья, материалов, по-луфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства.

Площадка хранения навоза (помета), компостов – сооружение, пред-назначенное для хранения твердых видов органических удобрений.

Подстилочный навоз (помет) – навоз (помет) с подстилкой и кормовыми остатками.

Полужидкий бесподстилочный навоз (помет) – бесподстилочный навоз (помет), содержащий более 8 % сухого вещества.

Последействие органического удобрения – влияние органического удобрения на свойства почвы, урожайность и качество продукции сельскохо-зяйственной культуры во второй и последующий годы после его внесения.

Послеспиртовая (спиртовая) барда – удобрение на основе отходов спиртового производства из продукции растениеводства.

Почва – природное образование, слагающее поверхностный слой земной коры и обладающее плодородием.

Предотвращение загрязнения – использование процессов, практических методов, технологий, материалов, продукции, услуг или энергии для предот-вращения, сокращения или контроля (отдельно или в комбинации) образования, выброса или слива всех видов загрязнения или отходов с целью сокращения от-рицательного воздействия на окружающую среду.

23

Природоохранное направление рекультивации земель – приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для использования в природо-охранных целях.

Прямое действие органического удобрения – влияние органического удобрения на свойства почвы, урожайность и качество продукции сельскохо-зяйственной культуры, под которую оно внесено непосредственно.

Птичий помет – экскременты птиц с подстилкой или без нее. Рекреационное направление рекультивации земель – создание на на-

рушенных землях объектов отдыха. Рекультивационный слой – специально создаваемый на техническом

этапе рекультивации слой почвы (грунта) с благоприятными для биологической рекультивации условиями.

Рекультивация земель – комплекс работ, направленных на восстановле-ние продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества.

Рельеф местности – совокупность форм земной поверхности естествен-ного происхождения, либо измененных или созданных деятельностью человека. К ним относятся балки, овраги, котлованы и др., а также специальные водоот-водящие устройства (коллекторно-дренажные и сбросные каналы), земледель-ческие поля орошения и поля фильтрации.

Самовозгорающиеся отходы – отходы, содержащие вещества, способ-ные самопроизвольно нагреваться при нормальных условиях при соприкосно-вении с воздухом с последующим самовоспламенением или самовозгораться при взаимодействии с водой в результате выделения огнеопасных газов.

Свойства отходов – качественная определенность отходов рассматри-ваемого вида, соответствующая данному промежутку времени и проявляющая-ся как способность этих отходов к известной смене состояний или пребыванию в известном состоянии за этот промежуток времени.

Сельскохозяйственное направление рекультивации земель – создание на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий.

Строительное направление рекультивации земель – приведение на-рушенных земель в состояние, пригодное для промышленного, гражданского и прочего строительства.

Сушка органического удобрения – снижение влажности органического удобрения в процессе его высокотемпературной переработки.

Твердая фракция бесподстилочного навоза (помета) – нетекучая масса (помета), полученная при разделении бесподстилочного навоза на фракции.

Удобрение – вещество для питания растений и повышения плодородия почвы.

24

Фракционирование навоза (помета) – разделение отходов, органиче-ских удобрений на фракции.

Экскременты – твердые и жидкие испражнения животных организмов. Эффективность применения органического удобрения – показатель,

характеризующий степень положительного влияния органического удобрения на плодородие почвы, урожайность сельскохозяйственной культуры и качество продукции.

25

Раздел 2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОТХОДОВ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Проблема использования отходов в земледелии включает в себя несколь-

ко аспектов, приоритетность которых, в основном, зависит от характера отхо-дов. Прежде всего, можно выделить группу материалов, которые до настоя-щего времени в земледелии пратически не использовались: например, отходы свеклосахарной промышленности (свекловичный жом), спиртовой промыш-ленности (барда послеспиртовая, фугат), молокозаводов (сыворотка) и т.д. Тра-диционный способ утилизации таких материалов – использование их на корм скоту (непосредственно или после предварительной переработки).

Однако в последние годы, в силу объективных причин (увеличение объе-мов производства, снижение поголовья животных – потенциальных потребите-лей корма и т.д.), утилизация отходов таким способом стала весьма проблема-тичной. В результате этого отходы накапливаются на площадях, прилегающих к предприятиям, и загрязняют окружающую среду. При этом большинство ор-ганосодержащих отходов предприятий, перерабатывающих сельскохозяйствен-ную продукцию, включают в свой состав элементы питания растений и обла-дают потенциальной удобрительной ценностью.

Вопрос о возможности их использования должен решаться на основе экс-периментальных исследований, позволяющих оценить агрономический и эко-логический эффект от их применения.

К другой группе отходов следует отнести материалы, традиционно ис-пользуемые в качестве органических удобрений (навоз, помет и т.д.). Однако на территориях, прилегающих к предприятиям промышленного животноводства и птицеводства, эти отходы используются в дозах, значительно превышающих рекомендуемые в агрономической практике. Здесь проблема заключается не столько в установлении удобрительной ценности этих материалов, сколько в разработке безопасной технологии утилизации, ключевым моментом которой является определение лимитов на их внесение.

Лимит – это максимальное количество отхода, которое можно утилизировать на конкретной территории с учетом ее специфики

в некоторый отрезок времени без ущерба для окружающей среды. Эти вопросы актуальны как для функционирующих животноводческих и

птицеводческих предприятий промышленного типа, так и для вновь вводимых в эксплуатацию (для последних разработка безопасной технологии утилизации органических отходов осуществляется на этапе проектирования предприятия).

Следует отметить, что для отходов первой группы (новые удобрительные материалы), в отношении которых на основе исследований было принято ре-шение о возможности их утилизации в земледелии, в последующем также не-обходима разработка безопасной технологии их утилизации.

26

Таким образом, для отходов первого вида необходимо проведение иссле-дований по установлению их удобрительной ценности и экологической безо-пасности, на основе результатов которого принимаются управленческие ре-шения о возможности их утилизации в земледелии, а для отходов обоих типов – разработка безопасной технологии их утилизации.

Ниже представлены особенности воздействия отходов, проблема утили-зации которых в земледелии в настоящий момент времени наиболее актуальна, на компоненты агроэкосистемы, типовая программа исследований по установ-лению агрономической ценности и безопасности отходов, а также рекоменда-ции по разработке безопасной технологии их утилизации.

2.1. Особенности воздействия отходов

на компоненты агроэкосистемы Возможности и способы утилизации отходов в сельскохозяйственном

производстве в значительной степени определяются их особенностями: хими-ческим составом, санитарно-токсикологическим и физическим состоянием и т.д. Именно данные параметры определяют питательную ценность, экологиче-скую безопасность, а также технологические возможности внесения в почву вторичных материальных ресурсов.

В связи с этим разработка рекомендаций по нормированию утилизации отходов в земледелии должна базироваться на информации о свойствах отходов и обусловленном этими свойствами воздействии на окружающую среду. По-добная информация может быть получена экспериментальным путем или в хо-де проведения мониторинговых исследований (когда речь идет об отходах, тра-диционно используемых в сельскохозяйственном производстве), а также может являться результатом прогноза (в случае, если речь идет об использовании от-ходов, ранее в качестве удобрений не применявшихся).

2.1.1. Отходы промышленного животноводства и птицеводства Проблема утилизации отходов животноводства и птицеводства возникла

в 60х-70х годах XX века в связи с массовым переводом данных отраслей на про-мышленную основу как за рубежом, так и в России, причем наиболее остро она встала на предприятиях, насчитывающих более 100 тыс. голов свиней или 1 млн. кур несушек. Столь высокая концентрация поголовья животных и птиц на крупных фермах привела к накоплению больших запасов навоза и помета, транспортировка которого на дальние расстояния, как правило, экономически не оправдана, требует значительного количества техники, затрат труда и де-нежных средств. В результате компоненты экосистем, находящиеся в зоне

27

влияния подобных объектов, оказались заметно трансформированы. В такой ситуации изыскание возможностей использования отходов как сырьевого ре-сурса и уменьшения их негативного воздействия на окружающую среду являет-ся важным условием сохранения экосистем в устойчивом состоянии.

В соответствии с теорией возврата элементов питания растений в почву, целесообразность утилизации органических отходов животноводства в качестве удобрения представляется очевидной. Однако для аргументированного обосно-вания подобной возможности, а также разработки безопасной технологии ути-лизации необходимо оценить их влияние на сельскохозяйственные культуры и почвенно-биотический комплекс, для чего следует рассмотреть качественную характеристику различных видов отходов.

Отходы свиноводства Виды органических отходов свиноводства, их удобрительная ценность и

возможность утилизации определяются в основном технологией содержания животных. При использовании подстилки образуется подстилочный навоз. На крупных специализированных свиноводческих комплексах практикуется со-держание без подстилки, при котором получается бесподстилочный навоз – подвижная смесь кала, мочи и технологической воды, используемой для уборки помещения. Такой навоз обладает текучестью, легко поддается перекачке по трубам самотеком и с помощью насосов. Подобная технология содержания свиней является наименее затратной, а потому наиболее распространенной.

Бесподстилочный свиной навоз является полидисперсной системой. Твердые частицы находятся в нем в виде суспензии или в коллоидном состоя-нии, а растворимые минеральные соли и высокомолекулярные органические соединения – в молекулярно-дисперсном виде. Полужидкий навоз обладает слабовыраженными свойствами текучести, по мере разбавления водой он при-обретает свойства жидкости.

В зависимости от содержания воды в бесподстилочном навозе выделя-ют следующие его виды: полужидкий (8-14 % сухого вещества), жидкий (3- 8 %) и навозные стоки (менее 3 % сухого вещества). Концентрация элементов питания в единице объема уменьшается с увеличением влажности материала, в связи с чем, соответственно, снижается его питательная ценность (табл. 1).

В среднем в свином навозе в расчете на сухое вещество содержится около 6,0 % азота; 3,2 % фосфора; 2,3 % калия (НТП 17-99). По содержанию азота и фосфора свиной навоз практически вдвое превосходит навоз крупного рогатого скота (КРС), при этом существенно уступая ему по содержанию калия. Количе-ство питательных веществ в навозе в значительной степени определяется ус-ловиями кормления и содержания свиней.

Навоз, получаемый на крупных свинокомплексах промышленного типа при скармливании животным значительного количества концентрированных

28

кормов, отличается повышенным содержанием необходимых для растений эле-ментов питания (табл. 2).

1. Химический состав свиного навоза

(по обобщенным данным ВНИИА и ВНИПТИОУ, Справочная книга …, 2001) Содержание, % на сырое вещество Вид

навоза Влажность,

% органическое вещество

зола N Р2О5 К2О

Подстилочный 72 24 4 0,48 0,20 0,60 Твердая фракция* 75 22 3 0,60 0,40 0,07 Полужидкий 85 12 3 0,38 0,27 0,12 Жидкий 95 4 1 0,14 0,05 0,06 Стоки 98 1,8 0,2 0,08 0,05 0,04

* - образуется при разделении жидкого навоза или стоков на фракции в ходе механического этапа очистки Следует подчеркнуть, что свиной навоз является источником широкого

спектра не только макро-, но и микроэлементов. Установлено, что при внесении навоза и получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур почва го-раздо слабее обедняется микроэлементами, чем при использовании минераль-ных удобрений. На фоне систематического применения свиного навоза особен-но улучшается обеспеченность растений молибденом. Среднее содержание микроэлементов в навозе свиней в расчете на естественную влажность (74 %) составляет (в г/т): железа – 0,26, марганца – 102,6, цинка – 68,7, меди – 12,7, бо-ра – 3,1, молибдена – 0,09.

2. Химический состав полужидкого навоза свиней, % на сырое вещество

Кормление свиней Показатель полнорационными

концентрированными кормами многокомпонентными

кормосмесями Сухое вещество 10,30 7,88 Азот (N) 0,51 0,48 Фосфор (Р2О5) 0,27 0,25 Калий (К2О) 0,34 0,42

Кроме собственно навоза, на свиноводческих предприятиях промышлен-

ного типа могут быть продукты его переработки. В частности, на предприятиях мощностью 12 тыс., 24 тыс. и более свиней в год используются гидравлические системы удаления навоза, результатом действия которых является образование жидкого навоза и навозных стоков. При этом ежедневные объемы образования этих видов отходов настолько велики, что непосредственное использование их в качестве удобрения технологически, экономически и экологически проблема-тично. Решение проблемы предусматривает разделение навоза на твердую и

29

жидкую фракции. Твердую фракцию используют на удобрение, а жидкую на-правляют в систему биологической очистки.

Основная цель биологической очистки – максимально снизить содержа-ние химических соединений и уровень загрязнения жидкой фракции беспод-стилочного навоза, чтобы осуществить ее сброс на ирригационные поля утили-зации или в поверхностные водоемы. При этом в процессе очистки также обра-зуются отходы (совокупность взвешенных частиц и микробной массы активно-го ила). Данный вид отходов содержит органическое вещество, элементы пита-ния растений и может утилизироваться на сельскохозяйственных полях в каче-стве органического удобрения. Таким образом, на крупных свиноводческих комплексах промышленного типа с гидравлическими системами удаления на-воза зачастую в качестве удобрения на прилегающей территории используется не собственно свиной навоз, а его твердая фракция и отходы биологический очистки стоков.

Кроме этого, продуктами переработки свиного навоза, используемыми в земледелии, можно считать компосты. Компостирование проводят с целью оп-тимизации физических и химических свойств удобрения. Обычно компосты яв-ляются более концентрированными по сравнению с исходным бесподстилоч-ным свиным навозом, биологически активными, обладают хорошими физико-механическими свойствами (сыпучестью, транспортабельностью, низкой при-липаемостью к сельскохозяйственным машинам) и в процессе приготовления освобождаются от жизнеспособных семян сорняков и патогенных микроорга-низмов.

В традиционном сельскохозяйственном производстве для приготовления компостов кроме бесподстилочного навоза используют инертные по удобри-тельным свойствам органогенные материалы: торф, солому, реже – сапропели, опилки, кору, лигнин, бытовые отходы и т.д. В результате биотермических процессов компостирования смесей навоза с инертными материалами происхо-дит перегруппировка питательных веществ последних: они из труднодоступной для растений формы переходят в легкоусвояемую. При этом потери биогенных элементов в процессе хранения существенно сокращаются в силу высокой сорбционной способности инертного компонента компоста (торфа, опилок и т.д.), что снижает нагрузку на окружающую среду.

Однако процесс компостирования свиного навоза как способ улучшения его свойств имеет ряд недостатков. Компостирование обычно связано с добав-лением большого количества органических веществ в исходный навоз, что весьма трудоемко, требует соответствующей механизации и большого количе-ства транспортных средств, увеличивает выход органических удобрений. В свя-зи с этим, на предприятиях промышленного свиноводства компосты в ряде случаев готовят не из традиционных компонентов (собственно свиного навоза и торфа, соломы), а из отходов, подлежащих утилизации (например, твердую

30

фракцию свиного навоза компостируют с избыточно активным илом, образо-вавшимся в процессе биологической очистки). Набор компонентов может быть весьма разнообразен, в связи с чем и свойства компостов будут значительно различаться.

Таким образом, основными отходами промышленного свиноводства, утилизируемыми в земледелии, являются бесподстилочный свиной навоз (по-лужидкий, жидкий, навозные стоки), твердая фракция навозных стоков, от-ходы биологической очистки и компосты. Основные исследования, проведен-ные к настоящему моменту времени по изучению удобрительной ценности данных материалов, посвящены собственно свиному навозу и традиционным компостам на его основе.

Отходы птицеводства В настоящее время на птицефабриках в зависимости от технологии со-

держания птиц и системы удаления помета получается несколько его видов. При напольном содержании птиц с использованием подстилочных материалов накапливается подстилочный помет с влажностью 18-60 %. При клеточном со-держании птиц получают бесподстилочный помет различной степени влаж-ности: полужидкий – 75-92 %, жидкий – 93-97 % и пометные стоки – выше 97 %. Соответственно этому изменяется и содержание питательных элементов в помете (табл. 3).

3. Химический состав птичьего помета (по обобщенным данным ВНИИА и ВНИПТИОУ)

Содержание, % на сырое вещество Вид помета

Влажность, % органическое

вещество зола N Р2О5 К2О

Подстилочный 40 54 6 2,00 1,81 0,97 Сухой 14 80 6 4,10 3,90 2,00 Полужидкий 85 11 4 0,90 0,90 0,30 Жидкий 95 4 1 0,28 0,26 0,10 Стоки 98 1,8 0,2 0,12 0,11 0,06

Количество питательных веществ в помете в значительной степени опре-

деляется условиями кормления и содержания птицы. В среднем в помете есте-ственной влажности кур яичного направления содержится (%): азота – 1,74-2,74; фосфора – 1,18-2,00; калия – 0,61-0,78. В помете бройлерных кур фосфора больше, чем азота и калия. Ценность 1 т бройлерного помета приравнивается к 180 кг полного минерального удобрения. В птичьем помете значительно боль-ше азота и фосфора, чем в навозе крупного рогатого скота. В соответствии с НТП 17-99 в сухом веществе помета содержится 6,2 % азота; 3,5 % фосфора и 2,1 % калия.

31

Кроме основных элементов питания, в состав помета входят микроэле-менты. Их среднее содержание в помете птиц в пересчете на 20 % сухого ве-щества (полужидкий помет) составляет (в мг/кг): бора – 5,0-8,2; меди – 6,7-16,7; марганца – 35,5-91,6; молибдена – 0,25-0,36; цинка – 51,5-127,8; железа – 273,7-601,9. В относительных единицах в птичьем помете в среднем содержится 0,05 % бора; 0,008 % меди; 0,04 % марганца; 0,0026 % цинка; 0,08 % кобальта; 0,14 % серы (в пересчете на сухое вещество). Некоторое различие в представ-ленных цифрах вполне объяснимо, поскольку химический состав птичьего по-мета зависит от состава кормов, содержащих различные микроэлементные до-бавки.

В целом помет является ценным органическим удобрением с высоким со-держанием основных элементов питания (азота, фосфора и калия) и микро-элементов, причем питательные вещества находятся в легкодоступных для рас-тений формах: по количеству элементов питания помет превосходит любое другое органическое удобрение, а по доступности – не уступает минеральным удобрениям.

Кроме относительно высокого содержания элементов питания, помет от-личают и другие агрохимические особенности. Так, для данного органического материала характерно довольно узкое соотношение углерода и азота, из-за чего органическое вещество помета быстро минерализуется микрофлорой почвы. Помимо этого, необходимо отметить следующую особенность рассматриваемо-го удобрения: основная часть азота в птичьем помете представлена мочевой ки-слотой, которая при хранении превращается вначале в мочевину, затем – в уг-лекислый аммоний. Последний при неблагоприятных условиях хранения быст-ро разлагается на аммиак, углекислый газ и воду, что приводит к значительным потерям азота. Так, хранение помета в чистом виде сопровождается потерями органического вещества (до 10-12 % за три месяца и до 23 % – за шесть меся-цев). Потери общего азота достигают 14 и 30 % соответственно, а по некоторым сведениям – 50% и более (Бачило Н.Г., 1990; Белоус Н.М., 1996).

Сырой помет обладает неблагоприятными свойствами: имеет сильный зловонный запах, содержит большое количество семян сорняков, яиц и личинок гельминтов и мух, множество микроорганизмов, среди которых нередки возбу-дители опасных заболеваний. В связи с этим способы хранения удобрения должны обеспечивать его обеззараживание и максимально возможное предо-хранение от потерь элементов питания.

Для достижения указанных целей используют различные приемы его об-работки: компостирование, добавление химических реагентов, смешивание с веществами, способными уничтожать неприятный запах и закреплять азот, термический метод обезвоживания и обеззараживания. В результате получают удобрения со свойствами, отличными от свойств исходных материалов. В част-ности, компостирование помета с торфом, древесными опилками, соломой, са-

32

пропелем, почвой резко снижает потери азота. При этом значительно уменьша-ется неприятный запах и загрязнение окружающей среды.

Эффективным способом сохранения питательных веществ помета являет-ся его термическая обработка. Сушка помета при температуре 600-8000С унич-тожает возбудителей болезней и семена сорняков. Снижение влажности помета с 75-80 % до 20-25 % уменьшает массу конечного продукта в 3-4 раза. Высу-шенный помет представляет собой высококонцентрированное органическое удобрение, лишенное зловонного запаха, с благоприятными физическими свой-ствами.

Таким образом, птичий помет в качестве удобрения может быть ис-пользован в чистом виде или в виде компостов, а может служить сырьем для производства различного рода удобрительных материалов (например, сухого помета). Однако последнее требует определенных энергетических и матери-альных затрат, поэтому не получает широкого распространения. В связи с этим в настоящее время птичий помет, являющийся отходом крупных птицефабрик промышленного типа, утилизируется преимущественно в чистом виде без до-полнительной переработки.

Отходы животноводства (крупного рогатого скота)

При содержании крупного рогатого скота на подстилке образуется под-стилочный навоз, который состоит из твердых и жидких выделений живот-ных и подстилки. Данный вид органического удобрения является наиболее цен-ным, так как подстилка улучшает физические свойства навоза, впитывает жид-кие выделения и образующийся при этом аммиак, что уменьшает потери азота. Чаще всего для подстилки используют солому в виде резки, при этом получает-ся относительно однородное органическое удобрение, удобное для внесения и равномерного распределения по полю. Потери азота из такого навоза умень-шаются почти в 2 раза по сравнению с бесподстилочным, а агрономическая эф-фективность его использования повышается в 1,5 раза. Примерный химический состав подстилочного навоза показан в таблице 4.

4. Химический состав навоза КРС (по обобщенным данным ВНИИА и ВНИПТИОУ)

Содержание, % на сырое вещество Вид навоза

Влажность, % органическое

вещество зола N Р2О5 К2О

Подстилочный 75 21 4 0,50 0,25 0,60 Полужидкий 85 13 2 0,30 0,12 0,33 Жидкий 95 4 1 0,10 0,06 0,11 Стоки 98 1,8 0,2 0,07 0,04 0,07

33

В подстилочном навозе азот находится преимущественно в связанной с белковыми соединениями форме и становится доступным для растений после разложения и минерализации органического вещества. В первый год действия удобрений усваивается в основном аммонийный и легкогидролизуемый азот, на долю которого в навозе приходится от 10 до 25 %.

Следует отметить, что азот, входящий в состав органических соединений подстилочного навоза, практически не мигрирует по почвенному профилю и не теряется газообразно, что снижает вероятность загрязнения природных сред данным элементом в процессе утилизации отхода. Постепенная минерализация органического вещества, сопровождающаяся переходом азота в состав мине-ральных соединений, позволяет обеспечивать потребности растений в элемен-тах питания на протяжении нескольких лет на фоне минимизации их непродук-тивных потерь.

Скорость минерализации органических веществ навоза определяется сте-пенью их гумификации, содержанием азота, почвенно-климатическими усло-виями. На легких почвах и под пропашными культурами разложение органиче-ского вещества протекает быстрее. Кроме этого, на доступность (подвижность) азота органических соединений значительное влияние оказывает соотношение углерода к азоту: при соотношении С:N как 20-25:1 (свежий подстилочный на-воз КРС) скорость разложения органических веществ является низкой, для по-луперепревшего навоза это соотношение составляет 10-20:1, что свидетельст-вует о повышении скорости минерализации органического вещества.

Фосфор в подстилочном навозе КРС находится преимущественно в орга-нической форме. При разложении навоза он переходит в минеральную форму в виде солей ортофосфорной кислоты. При оптимальном уровне обеспеченности растений азотом и калием коэффициент использования фосфора из органиче-ских удобрений выше, чем из минеральных (может достигать 35-40 %). Калий в подстилочном навозе находится в обменной форме и доступен для растений так же, как и калий минеральных удобрений (на фоне оптимальной обеспеченности другими элементами питания коэффициент использования калия может дости-гать 60-70 %).

На крупных специализированных животноводческих комплексах практи-куется содержание скота без подстилки, в результате чего получается беспод-стилочный навоз. В зависимости от содержания воды в бесподстилочном на-возе крупного рогатого скота выделяют следующие его виды: полужидкий (8-14 % сухого вещества), жидкий (3-8 %) и навозные стоки (менее 3 % сухого вещества).

В бесподстилочном навозе от 50 до 70 % азота находится в аммонийной форме, хорошо доступной растениям в первый год внесения. Коэффициент ис-пользования азота бесподстилочного навоза культурами и действие его на уро-жай в год внесения выше, чем подстилочного, а последействие, наоборот, сла-

34

бее. Фосфор и калий навоза используются растениями не хуже, чем из мине-ральных удобрений. По химическому составу бесподстилочный навоз не усту-пает подстилочному, полученному из такого же количества исходных экскре-ментов. Однако в силу химических особенностей (высокое содержание мине-ральных форм азота, сравнительно интенсивная минерализация органического вещества, обусловленная узким соотношением С:N) его применение связано с большим экологическим риском, чем применение подстилочного навоза.

В среднем в навозе КРС в расчете на сухое вещество содержится около 3,2 % азота, 1,8 % фосфора и 5,0 % калия (НТП 17-99). По содержанию азота и фосфора навоз КРС практически вдвое уступает навозу свиней и помету птиц. Содержание калия в нем, напротив, выше, чем в других видах органических удобрений. Подобное соотношение элементов питания (преобладание калия над азотом и фосфором) снижает экологическую нагрузку на компоненты ок-ружающей среды при утилизации данного вида отхода в сравнении со свиным навозом и птичьим пометом.

Таким образом, особенности химического состава навоза КРС (количе-ство и соотношение основных элементов питания) позволяют отнести его к наиболее безопасным видам удобрительных материалов (в сравнении с птичь-им пометом, свиным навозом и нетрадиционными видами удобрений), утили-зируемым в агроэкосистеме.

Как и в других органических отходах содержания скота и птиц, в навозе КРС есть микроэлементы: в 1 тонне навоза крупного рогатого скота содержится (в г): железа – 0,26, марганца – 112,5, цинка – 38,3, меди – 8,4, бора – 3,8.

Одним из наиболее эффективных приемов утилизации бесподстилочного навоза КРС является его компостирование, что широко практикуется в тради-ционном сельскохозяйственном производстве. Однако на крупных животно-водческих предприятиях промышленного типа компостирование используется в небольших объемах в силу причин, изложенных выше (дополнительные за-траты, увеличение выхода органических удобрений и т.д.).

Влияние отходов животноводства и птицеводства

на продуктивность культур и свойства почвы Согласно общепринятым представлениям, все виды навоза и помета яв-

ляются ценным органическим удобрением. Многочисленными исследованиями, проведенными в разных почвенно-климатических зонах, установлено, что на-воз и помет оказывают существенное положительное влияние на урожай сель-скохозяйственных культур. При этом эффективность действия органического удобрения зависит от его вида, дозы, почвенно-климатических условий, куль-туры, под которую оно применяется, и других факторов. В условиях Россий-ской Федерации 1 т подстилочного навоза в зависимости от дозы и условий применения дает от 0,39 до 1,53 ц зерновых единиц с 1 га.

35

Бесподстилочный навоз, получаемый на предприятиях промышленного типа, несколько уступает по эффективности традиционному подстилочному на-возу. Так, обобщение ВНИПТИОУ, выполненное для 2,5 тыс. полевых опытов, проведенных на территории Российской Федерации в последние 30 лет, пока-зывает, что если принять эффективность подстилочного навоза за 1, то эффек-тивность бесподстилочного полужидкого навоза составит 0,65, бесподстилоч-ного жидкого навоза – 0,35. Тем не менее, как показывают многочисленные ис-следования и практика ряда хозяйств, при рациональном использовании бес-подстилочного навоза с соблюдением сроков, способов и доз внесения, обеспе-чивается значительный рост урожайности важнейших сельскохозяйственных культур: картофеля, кукурузы, корнеплодов, зерновых, однолетних и многолет-них трав.

Наиболее концентрированным органическим удобрением является пти-чий помет: его эффективность по отношению к условной единице подстилоч-ного навоза оценивается коэффициентом 4,8 для подстилочной и 1,4 – для бес-подстилочной формы.

Эффективность навоза значительно меняется в зависимости от набора культур в севообороте. Она возрастает по мере насыщения севооборота про-пашными культурами, и, наоборот, с увеличением в севообороте доли много-летних трав и чистого пара происходит резкое снижение эффективности при-меняемых органических удобрений.

При правильном подборе доз и сроков внесения, помимо увеличения урожайности, может также происходить изменение качественного состава рас-тениеводческой продукции. Так, на фоне внесения органических удобрений в растениях обычно снижается содержание сырой клетчатки, безазотистых экс-трактивных веществ, сахаро-протеиновое отношение и увеличивается содержа-ние сырого протеина, водорастворимых углеводов, каротина, сырой золы.

Таким образом, навоз и помет, в том числе их бесподстилочные формы, при правильном использовании оказывают значительное положительное влия-ние на продуктивность агробиогеоценоза, обеспечивая при этом высокую пи-тательную ценность фитомассы выращиваемых растений.

Кроме этого, навоз способствует повышению плодородия почвы. Прежде всего, применение навоза позволяет поддерживать положитель-

ный баланс гумуса в почве. Согласно большому количеству проведенных ис-следований, при внесении навоза происходит увеличение содержания гумуса, хотя по возможности синтеза гумусовых веществ органические удобрения сильно разнятся. Так, наибольшей способностью к гумусообразованию облада-ют подстилочный навоз и компосты. В отношении бесподстилочных форм (особенно жидких) распространено мнение, согласно которому их следует рас-сматривать и оценивать как удобрительное средство, не имеющее существен-ной экологической значимости для стабилизации гумусового комплекса. При-

36

чина этого заключается в том, что органическое вещество с узким соотношени-ем С:N не свойственно природному гумусообразовательному процессу, оно бы-стро минерализуется и воспроизводит, прежде всего, запасы подвижных эле-ментов минерального питания, что стабилизирует или повышает продуктив-ность агроценозов, в том числе за счет мобилизации энергетических ресурсов почвы, но не увеличивает содержание гумуса.

При использовании навоза и помета в качестве удобрения происходит по-вышение содержания доступных форм элементов питания и, соответственно, улучшение питательного режима почвы, причем накопление остаточного коли-чества питательных веществ удобрений в почве зависит в основном от доз вне-сения.

Выявлено, что во многих почвенно-климатических зонах применение на-воза увеличивает емкость поглощения почв, степень насыщенности основания-ми и позитивно влияет на другие агрохимические показатели: снижается об-менная и гидролитическая кислотность, количество подвижных форм алюми-ния, марганца и железа, оптимизируется водно-воздушный режим и в конечном счете повышается реальное и потенциальное плодородие почвы. Также отмече-но, что навоз способствует повышению количества водопрочных агрегатов, скорости впитывания и фильтрации воды, снижению твердости и объемной массы почвы, повышению буферности, водопроницаемости и водоудерживаю-щей способности почвы.

Органические удобрения, в том числе птичий помет, оказывают положи-тельное влияние на жизнедеятельность ризосферной микрофлоры, увеличивают ферментативную активность почвы, дыхание и потенциальную азотфиксирую-щую способность почвы.

В исследованиях, проведенных на кафедре агрохимии и агроэкологии НГСХА, установлено, что длительное внесение птичьего помета (20 т/га бес-подстилочного помета 70 % влажности) увеличивает биологическую актив-ность дерново-подзолистой супесчаной и легкосуглинистой почвы (Титова В.И., Седов Л.К., Дабахова Е.В., 2004). Так, на фоне применения помета, уро-вень выделения углекислоты в супесчаной почве возрастает на 57 %, в легко-суглинистой – на 39 %. Аналогичные тенденции выявлены и в отношении ин-вертазной, каталазной, нитрифицирующей и целлюлозоразлагающей активно-сти почв.

Необходимо подчеркнуть, что все отмеченные выше позитивные процес-сы справедливы при использовании умеренных доз навоза и помета. Однако ограниченная земельная площадь на животноводческих комплексах и невыгод-ность его перевозок на дальние расстояния вызывают необходимость примене-ния очень высоких доз навоза, что приводит к развитию ряда негативных про-цессов и опасному загрязнению почвенного покрова и грунтовых вод.

37

Вопросы для самоконтроля: 1. Приведите классификацию отходов промышленного животноводства и

птицеводства по видам и формам 2. Ваше представление о химическом составе основных отходов промышлен-

ного свиноводства 3. Ваше представление о химическом составе отходов птицеводства 4. Ваше представление о химическом составе отходов животноводства (на

примере КРС) 5. Дайте краткую характеристику влияния отходов животноводства и пти-

цеводства на продуктивность сельскохозяйственных культур и свойства почв 2.1.2. Отходы предприятий, перерабатывающих растениеводческую и животноводческую продукцию Отходы предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продук-

цию, как правило, характеризуются высокой питательной ценностью и до не-давнего времени широко использовались на корм скоту и для производства пищевых добавок. Однако в несколько последних десятилетий этот способ не позволяет решить проблему утилизации данных отходов в силу следующих причин: 1) увеличение количества образующихся отходов; 2) невыгодность пе-ревозки отходов на дальние расстояния в силу низкого содержания в них сухо-го вещества; 3) дорогостоящие и энергоемкие технологии по переработке отхо-дов в кормовые и пищевые добавки и т.д.

Накапливаясь в больших количествах, отходы перерабатывающей про-мышленности ухудшают санитарно-гигиеническую и эпидемиологическую си-туацию на прилегающей территории. В связи с этим в последние годы ведется активный поиск путей их утилизации, в том числе рассматривается возмож-ность использования данных отходов в качестве органических удобрений. В настоящее время этот вопрос находится на начальной стадии изучения и ин-формационная база по влиянию отходов предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию, на урожайность культур и свойства почвы практически не сформирована.

Ниже представлена характеристика ряда отходов, которая дает представ-ление о принципиальной возможности использования их в качестве удобрений, о потенциальных питательных свойствах и воздействии на окружающую среду.

Отходы свеклосахарной промышленности

и возможности их использования в сельском хозяйстве На разных стадиях технологического процесса производства сахарного

песка или сахара-рафинада из сахарной свеклы получают отходы, различаю-

38

щиеся по своему составу и, соответственно, возможностям и способам их даль-нейшего использования.

Для лучшего извлечения сахара корнеплоды на свеклорезках измельчают в стружку шириной 4-6 и толщиной 1,0-1,5 мм и направляют в диффузионные установки. Предварительно стружку ошпаривают горячим соком. Нагретая стружка, перемещаемая шнеком с одного конца аппарата в другой, отдает пото-ку воды сахара и растворимые «несахара». При выходе из аппарата стружка, называемая жомом, содержит 0,20-0,28 % сахара от массы переработанной свеклы. Общий выход жома (основной отход свеклосахарного производства) составляет около 90 % массы переработанной свеклы.

Затем осуществляют очистку диффузионного сока от взвешенных частиц и несахаров. Она включает дефекацию (обработка сока известковым молоком), сатурацию (насыщение сока диоксидом углерода с целью осаждения Ca в виде CaCO3), фильтрацию на фильтр-прессах или вакуум-фильтрах. В результате фильтрации образуется более очищенный сок, который идет на дальнейшую переработку фильтр-прессом, и грязь (дефекат) – второй отход свеклосахарного производства. Доля дефеката составляет 5-6 % массы перерабатываемой свек-лы.

Дальнейшая очистка сока включает сульфитацию (обработка сернистым газом для обесцвечивания и снижения вязкости) и контрольную фильтрацию. В качестве побочного продукта (отхода) этих процессов образуется кормовая па-тока или меласса, доля которой составляет 3,5-5 % переработанной свеклы.

В практике сельского хозяйства достаточно широкое применение нашли все основные отходы свеклосахарного производства.

Так, дефекат (фильтр-прессная грязь), вследствие высокого содержания в нем кальция, широко используется в качестве известкового материала. Учи-тывая же, что наряду с карбонатами (основная часть), кальций в нем представ-лен и формой Ca(OН)2, нейтрализующий эффект дефеката выше, чем известня-ковой муки. Кроме того, данный отход содержит относительно много органи-ческого вещества (10-15 % в расчете на 25-30 % влажность), что позволяет рас-сматривать его как источник пополнения органического вещества в почве.

Наличие в составе дефеката основных элементов питания (N – 0,2-0,7 %, Р2О5 – 0,2-0,9 %, К2О – 0,3-1,0 %) позволяет рассчитывать на проявление пита-тельных свойств при его использовании в качестве удобрения, что может спо-собствовать улучшению питательного режима почв и положительно сказаться на росте и развитии растений.

Химический состав дефеката отличается непостоянством. Так, по данным Центра агрохимической службы «Нижегородский», в дефекате, полученном на Сергачском сахарном заводе Нижегородской области, содержание азота в рас-чете на сухое вещество варьирует в диапазоне 0,38-0,53 %, фосфора – 0,48- 0,61 %, а калия – 0,70-0,98 %. Содержание нейтрализующего начала (в пересче-

39

те на СаСО3) достигает 65-67 % в расчете на естественную влажность, которая, в свою очередь, изменяется в пределах 14-22 %.

Высокая эффективность дефеката проявляется как на кислых почвах, так и на черноземах в районах свеклосеяния. Установлено, что внесение дефеката с осени под глубокую обработку почвы в дозе 3-5 т/га позволяет увеличить уро-жайность сахарной свеклы на 3,0-5,5 т/га.

Жом, составляющий основную долю отходов в свеклосахарном производ-стве – ценный и хорошо усвояемый корм. Часто он используется и в пищевой промышленности. В 1 килограмме свежего жома содержится 0,08 кормовых единиц, 6-8 г переваримого протеина и 1,13 МДж обменной энергии. Влаж-ность свежего жома (на выходе из диффузной установки) составляет 92-94 %.

Вещественный (качественный) состав жома разнообразен и имеет значи-тельные количественные вариации: в 100 кг сухих веществ свежего жома со-держится около 20 кг клетчатки, 30-35 кг гемицеллюлозы, примерно такое же количество пектина, 8-10 кг белков, 2-3 кг сахара и около 2 кг минеральных веществ. Содержание сухого вещества в свежем жоме составляет 6-7 %, в со-ставе которого находятся 2,5 % клетчатки; 2,6 % пектиновых веществ; 0,2 % золы; 0,2 % сахарозы и 0,6 % азотистых веществ.

Целлюлоза (клетчатка – высокомолекулярный полисахарид, нераствори-мый даже в горячей воде), представляет главную составную часть клеточных стенок растений (в том числе и растений сахарной свеклы). Спутниками цел-люлозы являются гемицеллюлозы, а также менее сложные полисахариды кле-точных стенок, в состав которых входят пектозаны, гексозаны, некоторое коли-чество уроновых кислот. В свою очередь, пектиновые вещества состоят из пек-тозы (пропектин), растворимого пектина и полигалактуроновой (пектиновой) кислоты.

Азотистые вещества жома, в основном, представлены труднораствори-мыми формами белка (до 80 % от общего количества азота). Общее содержание азота сложных белков-протеидов (аминокислот) колеблется в пределах 0,3- 0,5 %. Кроме того, в 1 кг свежего жома содержится около 19 мг витамина С. В сухом жоме найдены и другие витамины (мг/кг): В1 – 0,55; В2 – 0,20; В6 – 0,18; С – 5,0; пектиновая кислота – 0,21; биотин – 0,001.

Важнейшим показателем, характеризующим свойства жома, является его кислотность, которая в зависимости от вида жома, способов его консервирова-ния и условий хранения варьирует в значительных пределах: от очень сильно-кислой (3-3,5 ед. рН) до близкой к нейтральной (около 6,0 ед. рН).

Усредненный состав жома (получаемого на разных этапах технологиче-ской цепочки производства сахара из сахарной свеклы и подвергающегося раз-личного рода воздействиям в процессе его хранения и переработки как отхода производства) приведен в таблице 5. Элементный состав свежего и сухого жома приведен в таблице 6.

40

5. Вещественный состав жома разных видов, % (Колесников Н.В., 1980)

Показатели Свежий Отжатый Кислый (из жомовых ям) Сушеный

Сухое вещество 6,0-9,0 14-20 11-15 86-93 Сырой протеин 1,2-1,5 1,7-1,9 1,3-2,6 7-9 Сырая клетчатка 3,5-4,5 5,0-7,0 2,8-4,2 19-23 Безазотистые экстрак- тивные вещества 4,3-6,5 8,5-10,0 2,7-5,8 55-65

Зола 0,6-1,0 1,1-1,4 0,7-1,8 2,4-4,3 Жир 0,4-0,7 0,6-0,9 0,7-1,0 0,3-0,5 Количество кормовых единиц в 100 кг жома 6-9 15-20 9-11 90-95

6. Элементный состав свекловичного жома (Колашников А.П., 2003)

Показатели Единицы измерения Свежий жом Сухой жом

Сухое вещество г/кг 112,0 868,0 Кальций -"- 1,5 7,8 Фосфор -"- 0,1 0,5 Магний -"- 0,5 2,8 Калий -"- 0,8 5,3 Сера -"- 0,4 2,0 Железо мг/кг 24,0 300,0 Медь -"- 2,0 14,8 Цинк -"- 4,0 20,4 Марганец -"- 12,0 63,0 Кобальт -"- 0,1 0,4 Йод -"- 0,2 1,7

Таким образом, отходы свеклосахарной промышленности имеют усто-

явшийся спрос в сельскохозяйственном производстве в качестве известкового материала (дефекат) и корма для скота (жом).

В настоящее время рассматривается возможность использования жома как удобрительного материала. Как следует из вышеприведенных данных, это вполне возможно, хотя содержание основных питательных элементов в жоме невысоко (исчисляется, в основном, сотыми и тысячными долями процентов), а концентрация микроэлементов существенно выше, чем макроэлементов.

Необходимо при этом учитывать и то, что качественный состав жома не постоянен и может существенно варьировать в зависимости от исходного мате-риала (биологической характеристики сахарной свеклы), технологии производ-ства сахара, условий хранения и размещения отхода в окружающей среде и пр.

41

Удобрительная ценность жома, получаемого на Сергачском сахарном за-воде Нижегородской области, отражена в таблице 7.

7. Агрохимическая характеристика свекловичного жома

(Сергачский сахарный завод) % на абс. сухое вещество Вид

жома Влажность,

% рН

орг. вещество N Р2О5 К2О Свежий 87 5,0 96 1,65 0,20 0,33 Кислый 87 3,9 82 1,95 0,27 0,42

Данные свидетельствуют, что рассматриваемый отход является источни-

ком основных элементов питания растений, однако содержание их в сравнении с традиционными органическими удобрениями невелико. При одинаковом ко-личестве сухого вещества кислый жом (из жомовых ям или подвергшийся хра-нению на открытых площадках) характеризуется более низким содержанием органического вещества и запасом питательных элементов.

В последние годы появились публикации, в которых жом рассматрива-ется как исходный материал для вермикомпостирования. При этом отмечается, что в естественном состоянии свекловичный жом для этой цели непригоден вследствие высокой кислотности продукта, в связи с чем жом, прежде всего, предлагается нейтрализовать известковыми материалами в соотношении 10:1 (по объему), а затем уже подвергать компостированию с обычной садовой зем-лей в соотношении 1:1. Хорошие результаты получены при использовании в качестве компостируемых материалов следующих компонентов: «земля: жом:опилки» и «земля:жом:солома» в процентном соотношении 40:50:10.

Отходы спиртовой промышленности

и возможности их использования в сельском хозяйстве Любая современная технология изготовления этилового спирта не явля-

ется замкнутой: основной отход данного производства – спиртовая барда. Про-блема ее утилизации в настоящее время приобрела такую актуальность, что Федеральным законом «О государственном регулировании производства и обо-рота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции» было ус-тановлено: «эксплуатация вновь вводимого (нового или после капитального ремонта) или модернизируемого технологического оборудования для произ-водства спирта допускается только при условии внедрения оборудования, по-зволяющего полностью перерабатывать или утилизировать барду».

До недавнего времени эти требования не распространялись на мелкие производства (мощностью менее 100 дал в сутки). С 1 января 2008 года требо-вания к производителям этилового спирта ужесточились. Согласно новым по-правкам к алкогольному закону любое технологическое оборудование (а не

42

только новое или модернизируемое) для производства этилового спирта долж-но обеспечивать полную переработку или утилизацию барды. При этом мощ-ность оборудования не учитывается, а за нарушение этих требований у пред-приятий отзываются лицензии на производство.

Возможности утилизации и переработки барды определяются ее свой-ствами. В барду переходит около трети питательных веществ, содержащихся в исходном сырье (исключение составляют сахар и крахмал). Это водянистая, быстрозакисающая субстанция с содержанием сухого вещества 5-10 %. Сюда входят протеины (1,5-3,5 %), жиры (0,5-1,2 %), клетчатка (0,5-1,1 %), амино-кислоты и минеральные вещества, содержащиеся в зерне или другом сырье.

Барда является ценным кормовым продуктом для животноводства, по-скольку содержит белок и различные биологически активные соединения, обра-зующиеся в процессе брожения. Она употребляется на корм скоту, но по при-чине большой водянистости (85% воды в хлебной и 95% в картофельной барде) используется только вместе с сухими объемистыми кормами. При неосторож-ном или неумеренном скармливании барда (особенно картофельная, содержа-щая соланин) весьма вредна.

Химический состав различных видов барды представлен в таблице 8.

8. Состав различных видов барды, % (Ненайденко Н.Г., 2002) Содержится в 1 т, кг Вид барды,

(смесь, %)

Вода

Азот

БЭВ

Клет- чатка

Зола сух.

в-ва азота зольных

элементов кукурузная 91,6 0,32 4,30 0,70 0,50 8,4 3,2 5,0 ржаная 93,2 0,25 3,38 0,57 0,35 6,8 2,5 3,5 пшеница (35) картофель(35) патока (30)

94,2

0,30

1,52

1,46

-

5,8

1,5

-

пшеница (20) картофель (68) сахар (12)

97,2

0,11

1,16

0,34

-

3,8

1,2

3,2

рожь (80) ячмень (20)

94,6

0,28

2,51

0,46

0,32

5,4

2,8

3,2

В сухом веществе барды в среднем содержится около 32 % протеина,

3,5 % жира, 24 % клетчатки. Кроме этого, в ней присутствуют такие аминокис-лоты как лизин – 0,25 г/кг; метионин – 0,15; валин – 0,82; глицин – 0,59; аланин – 0,93; тирозин – 0,58; фенилаланин – 0,73; лейцин – 1,30; изолейцин – 0,67; се-рин – 0,44 г/кг и ряд других. Барда обычно имеет высокую кислотность, обу-словленную присутствием в ней 0,36-0,80 % органических кислот, в том числе уксусной – 0,07-0,20 %; молочной – 0,24-0,64; янтарной – 0,20; муравьиной – 0,10 % (в расчете на естественную влажность).

43

Утилизация барды на корм скоту в настоящее время крайне затруднена по ряду причин. Одной из них являются колоссальные объемы получаемых отхо-дов: на 1 дал спирта приходится порядка 12 дал барды. Даже на небольшом предприятии, производящем порядка 500 дал спирта в сутки, образуется около 6 000 дал барды. Чтобы полностью ее использовать, необходимо иметь хозяй-ство на 1000 голов крупного рогатого скота. На более крупных предприятиях образуется до 70-80 тыс. дал отхода в сутки. Кроме этого, остается проблема использования барды в летний период, когда животные откармливаются в «ес-тественных условиях» (т.е. на лугах и пастбищах) и искусственные корма не нужны. Длительное хранение барды невозможно, поскольку при ее окислении происходит накопление опасных токсинов.

Другая проблема использования барды – большие издержки при ее транс-портировке на дальние расстояния: из-за высокого содержания воды и, соответ-ственно, низкой доли полезных веществ, транспортные расходы делают этот процесс нерентабельным. Очистные сооружения также не справляются с дан-ным видом отходов, поскольку в большинстве своем на очистку подобной мас-сы не рассчитаны. В результате в ряде регионов вокруг спиртовых комбинатов складывается весьма неблагополучная экологическая обстановка.

Решением проблемы может быть переработка барды. В мировой практике для этого используются три основных принципиальных метода.

Первый метод (схема с получением кормовых дрожжей) заключается в аэробной микробиологической переработке жидкой фазы с получением кон-центрированных кормовых дрожжей. Кормовые дрожжи – это высокоэффек-тивная белковая добавка к кормам, применяемая на многих сельскохозяйствен-ных предприятиях и комбикормовых заводах. Содержание белка в кормовых дрожжах может превышать 45-46 %.

Однако существующее оборудование, используемое для данных целей в настоящий момент времени, является низкоэффективным и требует огром-ных затрат энергетических ресурсов и серьезных эксплутационных расходов. Практически весь доход от реализации продукции уходит на оплату энергоре-сурсов. При этом с каждым годом по мере удорожания энергоносителей ситуа-ция ухудшается.

Второй метод – технология переработки барды на биогаз – основан на анаэробном брожении (брожении без доступа кислорода). Барда подается в специальные емкости, в которые вводятся анаэробные бактерии. Бактерии, ис-пользуя содержащиеся в барде питательные вещества, вырабатывают биогаз. Последний может утилизироваться в котельных.

Достоинством данного метода переработки являются относительно низ-кие эксплуатационные затраты. Однако для этого способа переработки необхо-димы огромные метантенки (и значительные земельные участки), т.к. процесс переработки барды анаэробными бактериями крайне медленный. Кроме этого,

44

возникает проблема утилизации осадка, образующегося в процессе выработки биогаза. Схемы с получением биогаза пока не нашли широкого применения ни за рубежом, ни в России.

Третий метод (схема с выпарными станциями для получения сухой бар-ды) предполагает простое выпаривание воды из общей жидкой массы до полу-чения сухого остатка, который подвергается дальнейшей переработке (брике-тированию, гранулированию и т.д.). При этом стоимость выпарных станций и, соответственно, всего оборудования для утилизации является очень высокой, процесс выпарки требует значительных энергетических затрат. Не полностью решаются экологические проблемы, т.к. для утилизации «выпара» требуются стационарные очистные сооружения. Все это отрицательно сказывается на се-бестоимости готовой продукции – сухой барды – и делает процесс экономиче-ски, энергетически и экологически неэффективным.

Разновидностью последней технологии, которая применяется на боль-шинстве современных производств, является разделение барды на жидкую и дисперсную фазы (с помощью фильтров или центрифуг), после чего дисперсная фаза высушивается с получением сухого кормопродукта, а жидкая фаза (фу-гат) подвергается утилизации.

Ряд технологий предлагает высушивание фугата (обезвоживание на ваку-ум-выпарных установках до концентрации 35-40 %, затем смешивание с дис-персной фазой и высушивание этой смеси с получением сухого кормопродук-та). Однако такие технологии также характеризуются высокой энергоемкостью и, соответственно, не всегда являются экологически целесообразными.

Итак, в настоящее время актуальным является поиск путей утилизации фугата в окружающей среде без его предварительной переработки. Одним из возможных методов утилизации фугата может быть использование его в ка-честве удобрения.

Химический состав свежей и длительно хранившейся барды, полученной в технологическом цикле ОАО «Спиртзавод Чугуновский» Нижегородской об-ласти, показан в таблицах 9 и 10, химический состав фугата – отхода перера-ботки барды спиртовой на ОАО «Арзамасспирт» – в таблице 11.

9. Химический состав барды спиртовой, ОАО «Спиртзавод Чугуновский)

Показатель Единица измерения

Значение

Массовая доля сухого остатка % 3,5 Показатель активности водородных ионов ед. рН 3,7 Массовая доля питательных веществ в пересчете на сухое вещество:

азот общий (N) % 0,44 фосфор общий (Р2О5) % 0,06 калий общий (К2О) % 0,12

45

10. Химический состав барды после длительного хранения (ОАО «Спиртзавод Чугуновский) Показатель Единица

измерения Значение

Массовая доля сухого остатка % 51,7 Показатель активности водородных ионов ед. рН 4,6 Массовая доля питательных веществ в пересчете на сухое вещество

азот общий (N) % 3,95 фосфор общий (Р2О5) % 1,30 калий общий (К2О) % 0,69

11. Химический состав фугата, ОАО «Арзамасспирт»

Показатель Единица измерения

Значение

Массовая доля сухого остатка % 3,7 Показатель активности водородных ионов ед. рН 4,3 Массовая доля питательных веществ в пересчете на сухое вещество:

азот общий (N) % 0,31 фосфор общий (Р2О5) % 0,05 калий общий (К2О) % 0,08

Данные свидетельствуют, что в барде и фугате присутствуют важнейшие

элементы питания растений – азот, фосфор и калий. Причем количество их су-щественно ниже, чем в традиционных органических удобрениях, что создает предпосылки для утилизации в агроэкосистеме повышенных доз рассматривае-мых материалов. По мере хранения барды происходит ее обезвоживание и уве-личение содержания питательных веществ.

Отличительной особенностью отходов спиртового производства является повышенная кислотность, что может создавать определенные трудности при использовании их в качестве удобрения.

В целом барда спиртовая и фугат, являющийся вторичным отходом технологического процесса производства спирта (отход переработки барды спиртовой), обладают потенциальной питательной ценностью, так как со-держат азот, фосфор и калий. Данный факт обуславливает принципиальную возможность их утилизации в качестве удобрительного материала под сель-скохозяйственные культуры.

Отходы предприятий, перерабатывающих молочную продукцию,

и возможности их использования в сельском хозяйстве При производстве белковых молочных продуктов (творог, сыр, казеин)

под воздействием температуры, а также кислот или ферментов образуются

46

сшивки между макромолекулами и происходит свертывание (коагуляция) бел-ка. Со временем происходит сращивание скоагулированных макромолекул бел-ка, кристаллизация, уплотнение, сближение частиц и выпрессовывание дис-персной фазы, заключенной между петлями сгустка. В процессе синерезиса белкового сгустка из него выделяется обедненный золем растворитель, назы-ваемый сывороткой. В среднем сыворотка содержит до 48-52 % сухих веществ молока и представляет собой продукт, включающий практически все составные части молока, но в ином соотношении.

Средний состав творожной сыворотки представлен в таблице 12.

12. Средний состав творожной сыворотки, % (Войткевич А.Ф., 1988)

Содержание основных компонентов Содержание сухих веществ белок жир лактоза зольные вещества

6,0 0,5 0,3 4,0 0,7 5,9 0,8 0,3 4,2 0,6 6,6 1,0 0,2 4,7 0,7

Углеводы творожной сыворотки представлены главным образом дисаха-

ридом лактозой, или молочным сахаром. Лактоза состоит из остатков молекул глюкозы и галактозы, имеет свободную альдегидную группу, поэтому в раство-рах проявляет редуцирующие (восстанавливающие) свойства.

Азотистые вещества сыворотки состоят из белковых и небелковых орга-нических соединений. В свою очередь, белковые вещества представлены в ос-новном сывороточными белками, содержание которых составляет более 90 % общего количества белков. До 10 % белков сыворотки представлены остатками казеина, в основном γ-казеином. Относительное содержание азотсодержащих соединений в творожной сыворотке показано в таблице 13.

13. Относительное содержание азотсодержащих фракций

в различных видах творожной сыворотки (Инихов Г.С., 1986)

Азотсодержащая фракция Содержание, % Небелковый азот, % общего азота 21,4 Белковый азот, % общего азота 78,6 Казеин, % белкового азота 9,6 Сывороточные белки, % белкового азота 90,4

Из небелковых азотистых веществ в сыворотке присутствуют свободные

аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, креатин, креатинин, пуриновые ос-нования.

47

Кроме вышеназванных соединений, в творожной сыворотке содержится 0,05-0,45% жира. Основу липидов творожной сыворотки составляют простые глицериды, среди которых преобладают триглицериды. Кроме того, в творож-ной сыворотке имеются сложные липиды – фосфолипиды, циклические липиды – стерины и свободные жирные кислоты.

Минеральные вещества представлены в сыворотке органическими (0,1-0,4 %) и неорганическими (0,6-0,7 %) ионами. Состав минеральной части сыво-ротки обусловлен катионами калия, натрия, магния, кальция и др., а также анионами лимонной, фосфорной, соляной, серной, молочной и угольной кислот (табл. 14).

14.Минеральный состав зольной части творожной сыворотки (Инихов Г.С., 1986) Элемент Содержание, мг% Элемент Содержание, мг%

Кальций 60 Калий 130 Магний 8 Фосфор 78 Натрий 42 Хлор 67

Органические кислоты в сыворотке представлены молочной, пропионо-

вой, муравьиной и некоторыми другими, при этом большая часть приходится на долю молочной кислоты – до 0,7-0,8 %. За исключением лимонной, все ор-ганические кислоты сыворотки являются продуктами жизнедеятельности раз-личных групп микроорганизмов, развивающихся как в молоке, так и непосред-ственно в сыворотке. Титруемая кислотность творожной сыворотки составляет 50-850Т, активная кислотность – 4,4 ед. pH.

Химический состав творожной сыворотки характеризует ее как богатую среду, содержащую элементы питания для микроорганизмов. Поэтому в тво-рожной сыворотке чрезвычайно быстро развиваются различные группы микро-организмов, происхождение которых связано как с остаточной термостойкой и термофильной микрофлорой пастеризованного молока, так и с микрофлорой заквасок, используемых при производстве творога.

Вышеперечисленные особенности химических и микробиологических свойств сыворотки обуславливают возможности ее использования в народном хозяйстве как вторичного материального ресурса. Так, наличие в молочной сы-воротке легкоусвояемых белков, углеводов, минеральных веществ и витаминов оказывает существенное положительное влияние на организм человека. Еще в Древней Греции сыворотка считалась лечебным продуктом. В 1928 году было доказано, что она является действенным и безопасным средством, возбуждаю-щим секрецию печени и способствующем выделению желчи.

В этот же период было доказано и эффективное мочегонное действие сы-воротки. Благоприятное действие данного продукта на организм, по мнению

48

исследователей, связано как с ее солевым составом, так и с необычным соот-ношением в ней белков, жиров и углеводов. Немаловажное значение имеет на-личие в ней молочной кислоты, оказывающей существенное влияние на кишеч-ник. В связи с этим долгое время сыворотка использовалась в основном в ле-чебных и пищевых целях.

Однако это было возможным лишь в период кустарного производства молочных продуктов при небольшом скоплении сыворотки у отдельных произ-водителей. С развитием крупных производств, на которых наблюдается очень высокая концентрация молока, возникла серьезная проблема использования по-бочных продуктов производства, в том числе сыворотки.

Возможны следующие основные способы решения проблемы обращения с данным видом отхода молокозаводов: утилизация сыворотки в экосистеме по-средством сброса ее в природные водоемы или на почвы, скармливание живот-ным без предварительной переработки, а также переработка сыворотки с полу-чением различных продуктов. Так, возможна переработка ее на напитки, выде-ление из сыворотки белков и изготовление из них пищевых продуктов и полу-фабрикатов, выделение молочного сахара, сгущение и сушка для пищевых и кормовых целей, использование в качестве среды для микроорганизмов при по-лучении молочной кислоты, спирта, кормовых дрожжей и других продуктов.

Одним из наиболее простых способов использования сыворотки является скармливание ее сельскохозяйственным животным. По данному вопросу еще в 60-80 годы XX века проведено значительное количество исследований и имеет-ся достаточно полная информационная база. На основании обширных исследо-ваний установлено однако, что увеличение привесов животных в слабой степе-ни коррелирует с количеством скармливаемой сыворотки, так как с увеличени-ем вводимой в рацион сыворотки степень ее использования организмом снижа-ется. Большие количества сыворотки в рационах могут вести к расстройствам желудочно-кишечного тракта животных.

Кроме этого, возникают проблемы, связанные с транспортировкой, хра-нением, а также необходимостью тепловой обработки сыворотки перед отправ-кой на фермы, так как сыворотка из сырого молока может привести к распро-странению различных инфекций. Как скоропортящийся продукт, она должна быть скормлена животному в течение ближайших 2х суток после ее получения.

Таким образом, при всей кажущейся простоте использование необрабо-танной сыворотки в качестве корма сельскохозяйственным животным весьма затруднительно и может быть небезопасно для них.

С целью устранения или снижения возникающих проблем применяют не-которые дополнительные способы переработки сырой сыворотки, например, ее сушку. Однако предварительная сушка сыворотки с последующим использова-нием ее в кормовых и пищевых целях также сопряжена с рядом трудностей,

49

связанных с быстрым скисанием исходного субстрата. Применение же нейтра-лизаторов затрудняет процесс сушки и снижает качество готового продукта.

Имеются сведения об использовании сухой сыворотки в кормлении телят, кур-несушек, свиней. При этом установлено, что скармливание сухой сыворот-ки неоправданно, так как в организме животного усваивается только 20 % ее, а остальные 80 % непроизводительно теряются. Подобное явление связано с не-благоприятным сочетанием в сухой сыворотке углеводов, белков и минераль-ных солей. Между тем сам процесс сушки является достаточно энергоемким.

Некоторое количество сыворотки может использоваться для производст-ва лактозы, главным потребителем которой является фармацевтическая про-мышленность, где ее используют для приготовления ферментационных сред при производстве антибиотиков. Однако в настоящее время появились более дешевые заменители лактозы, в связи с чем потребность в ней резко снизилась. Кроме того, следует отметить, что для производства молочного сахара может быть использована только сыворотка, имеющая высокую доброкачественность.

В небольших количествах сыворотка применяется для приготовлении на-питков, производство которых основано как на использовании сыворотки в чис-том виде или с добавлением различных ингредиентов, так и на брожении лакто-зы с помощью молочнокислых бактерий и дрожжей. Выделенные из сыворотки белки, как одна из наиболее ценных составных частей, могут использоваться в производстве плавленых и натуральных сыров, мясной, кондитерской, хлебо-пекарной и других отраслях пищевой промышленности.

Таким образом, возможности использования продуктов переработки мо-лочной сыворотки представляются достаточно широкими, однако сама пере-работка требует введения дополнительных технологических процессов и мощ-ностей на предприятиях, что в современных условиях для большинства моло-козаводов является проблематичным и, как правило, неэффективным с эконо-мической точки зрения.

В связи с этим для большей части молочной сыворотки возникает необ-ходимость использования ее (утилизации) в качестве вторичного материаль-ного ресурса в экосистеме. Причем возможны два пути утилизации: сброс сы-воротки в открытые водоемы и слив ее на поверхность почвы.

Сброс сыворотки в поверхностные воды может приводить к серьезному ухудшению окислительно-восстановительных условий в природных водоемах и нарушению нормального режима их функционирования. Экологическая опас-ность в данном случае связана, прежде всего, с высоким содержанием в сыво-ротке органических соединений, требующих для своего окисления большого количества кислорода. Так, по некоторым данным, для окисления 1 литра сы-воротки требуется 50 г кислорода (в качестве сравнения: для окисления того же количества бытовых сточных вод нужно всего 0,3 г кислорода) (Войткевич А.Ф., 1988).

50

В то же время внесение тех же органических соединений с сывороткой в почву не только не представляет опасности, но и при определенных условиях может благоприятно сказаться на состоянии почвенного покрова, что и по-зволяет рассматривать возможность использования молочной сыворотки в агроэкосистеме как достаточно реальную.

Вопросы для самоконтроля:

1. Основные направления и возможности использования в сельскохозяйствен-ном производстве дефеката – отхода свеклосахарной промышленности

2. Основные направления и возможности использования в сельскохозяйствен-ном производстве жома – отхода свеклосахарной промышленности

3. Основные направления и возможности использования в сельскохозяйствен-ном производстве барды спиртовой – отхода производства спирта

4. Дайте обзор основных способов переработки барды спиртовой и краткую характеристику фугата

5. Отходы предприятий, перерабатывающих молочную продукцию, и возмож-ности их использования в сельскохозяйственном производстве

2.1.3. Отходы химических производств Отходы различных производств весьма разнообразны по своему химиче-

скому составу и свойствам. Ряд из них находит применение в сельскохозяйст-венном производстве. Так, в качестве удобрений традиционно используются отходы металлургической промышленности, наиболее распространенными сре-ди которых являются томасшлак и мартеновский фосфатшлак.

Томасшлак – это отход, который получают при переработке железных руд, богатых фосфором. Основное количество элемента в данном отходе нахо-дится в виде тетрафосфата кальция, содержание которого колеблется от 7-8 до 16-20 %. Наряду с этим, в удобрении много кремнекислого кальция, есть со-единения железа, алюминия, ванадия, магния, марганца, молибдена и других элементов.

Мартеновский фосфатшлак – это отход, который образуется при произ-водстве стали из чугуна. Он содержит двойную соль тетрафосфата и силиката кальция, железо, марганец, магний и другие вещества. Количество фосфора – от 8 до 12 %. Оба удобрения имеют сильнощелочную реакцию среды.

При переработке фосфорсодержащего сырья в удобрение на стадии сер-нокислого разложения фосфатов в качестве отхода производства образуется фосфогипс. Он традиционно используется для мелиорации солонцовых почв.

Таким образом, опыт доказывает принципиальную возможность исполь-зования отходов промышленного производства в качестве удобрений. В по-следние годы поиск таких материалов особенно актуален, что связано со сле-дующими аспектами:

51

- экономическими - поскольку отход является побочным продуктом, полу-чаемым в технологическом процессе, затраты на его производство можно считать нулевыми. Если он не требует дополнительной переработки (очист-ки, высушивания и т.д.), то стоимость удобрительного материала на его ос-нове может быть очень невысокой. Но даже при наличии указанных меро-приятий себестоимость переработанного отхода, как правило, существенно ниже, чем стоимость промышленных минеральных удобрений. Кроме этого, обычно отходы используются на площадях, расположенных относительно недалеко от предприятия (на территории одного административного района, области), т.е. являются местным удобрительным материалом, что позволяет существенно снизить затраты на их перевозку и сопряженные с ней неблаго-приятные экологические последствия. Следует подчеркнуть, что стоимость удобрения в настоящее время является одним из важнейших факторов, обу-славливающих спрос на него, поскольку в силу определенных экономиче-ских причин сельхозтоваропроизводители в большинстве случаев находятся в сложной ситуации и не могут оплатить закупку промышленных минераль-ных удобрений, что ведет к снижению эффективности растениеводства и еще более усугубляет ситуацию;

- экологическими – при частичной замене промышленных удобрений отхода-ми снижается нагрузка на окружающую среду, связанная с производством первых, а также негативное воздействие, обусловленное длительным хране-нием вторых; происходит возвращение биогенных элементов в хозяйствен-ный цикл и экономия природного фосфатного и калийного сырья. Наиболее перспективным является использование фосфорсодержащих

материалов, поскольку залежи фосфатного сырья, используемые для промыш-ленного производства минеральных фосфорных удобрений, ограничены. Так, крупнейшая в мире сырьевая база уникальных апатитовых месторождений на Кольском полуострове может обеспечить потребности производства фосфор-ных удобрений только до 2025 г. Кроме этого, имеется 250 месторождений фосфоритов, химическая переработка которых для производства растворимых фосфорных удобрений экономически нецелесообразна, но они могут быть ис-пользованы для производства фосфоритной муки. В целом же известные ныне мировые запасы месторождений фосфатов весьма ограничены и истощатся в течение 75-100 лет (Ковда В.А., 1985; Адрианов С.Н., Сушеница Б.А., 2004).

В зависимости от природно-климатических условий формирования и сте-пени окультуренности почв валовое содержание фосфатов колеблется от 0,2 до 0,35 %. Через 200-300 лет запасы усвояемых растениями почвенных фосфатов могут быть полностью истощены. Если учесть, что азотное питание растений может быть существенно улучшено за счет биологического азота, а калия в почвах содержится в 20-30 раз больше, чем фосфора, то становится очевид-ным, что недостаток фосфора в земледелии является главным ограничивающим

52

фактором дальнейшего развития сельскохозяйственного производства. Уже сейчас в условиях резкого недостатка фосфора в земледелии во многих регио-нах страны идут активные процессы деградации почв.

При использовании отходов в качестве фосфорных удобрений решается общебиосферная проблема: экономия и оптимизация расходования фосфатного фонда, доступного для хозяйственного освоения. В условиях ограниченности фосфатных ресурсов рациональное использование буквально каждого кило-грамма данного элемента уже в настоящее время является одной из основных предпосылок для создания устойчивого развития человеческого общества.

Таким образом, все вышеизложенное позволяет констатировать, что применение отходов промышленности в качестве фосфорсодержащих удоб-рительных материалов является экономически перспективным и экологически обоснованным мероприятием.

В 2006-2007 г. на кафедре агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА проводились исследования по оценке возможности использования фос-форсодержащих шламовых отходов химической промышленности (предпри-ятия по производству средств бытовой химии ЗАО ПФК «Славянка») в качест-ве удобрительного материала. Характеристика шламовых отходов данного предприятия приведена в таблице 15.

15. Показатели химического состава фосфорсодержащих шламов

Наименование показателя Шлам № 1 Шлам № 2 Массовая доля общих фосфатов в пересчете на Р2О5, %

25,8

16,1

Массовая доля водорастворимых фосфатов в пересчете на Р2О5, %

21,2

11,4

Массовая доля мышьяка, % 0,00002 0,00001 Массовая доля хлоридов, % 0,3 0,1 Массовая доля фторидов, % не обнаружены 0,002 Массовая доля сульфатов, % 0,1 0,4 Массовая доля силикатов, % 0,004 0,001 рН 1%-го раствора 8,10 8,15 рН 5%-го раствора 7,75 7,75

При оценке химического состава предлагаемых в качестве удобритель-

ных материалов веществ учитывается их удобрительная ценность (общее со-держание действующего вещества – в данном случае фосфатов и его раствори-мость) и побочные свойства, обусловленные присутствием в отходе производ-ства имеющегося балласта, что может оказать негативное влияние на рост и ка-чество сельскохозяйственных культур.

Данные свидетельствуют, что общее содержание фосфатов достаточно высоко для того, чтобы признать возможное использование шламов в качестве

53

фосфорных удобрений весьма рентабельным. Сопоставляя его с составом пред-лагаемых на рынке минеральных удобрений, можно указать, что содержание фосфора в шламе № 1 ниже, чем в двойном суперфосфате (43-49 %), однако выше, чем в простом суперфосфате (20 %) и примерно равно его содержанию в фосфоритной муке.

В то же время необходимо учесть, что растворимость фосфатов в воде из шлама выше, чем из большинства промышленных фосфорных удобрениях. Это позволяет рассматривать шлам как быстродействующее удобрение, применение которого целесообразно как в основное внесение, так и в подкормку. Последняя возможна в виде раствора, что неприменимо для суперфосфата и, тем более, для практически нерастворимой в воде фосфоритной муки. Часть фосфора шлама № 1 содержится в форме, нерастворимой в воде (17,8 % от общего со-держания элемента), однако в почве он может давать эффект после внесения и оказывать положительное влияние на урожайность последующих сельскохо-зяйственных культур.

Шлам № 2 имеет несколько меньшую удобрительную ценность из-за бо-лее низкого содержания фосфатов (около 60 % от их содержания в первом шламе). Соответственно, этот показатель меньше, чем у традиционных фос-форных удобрений, что повышает себестоимость внесения. В то же время дос-таточно высокая доля водорастворимых форм фосфора в данном шламе (70,8%) также делает его привлекательным при рассмотрении в качестве быстродейст-вующего удобрения.

Недостатком обоих рассматриваемых шламов является их агрегатный со-став. Преобладание пылеватых фракций делает невозможным их совместное внесение в виде сухих смесей с гранулированными удобрениями (мочевина, аммиачная селитра, гранулированный хлористый калий) из-за возможности сегрегации и расслаивания. В то же время непосредственно перед внесением их можно смешивать с негранулированными удобрениями: сульфатом аммония, натриевой селитрой, сернокислым калием, калийной селитрой, молотым хлори-стым калием.

В составе шламов содержатся также элементы, которые могут оказать по-бочное положительное или отрицательное влияние на сельскохозяйственные культуры. К элементам, которые нежелательны в составе удобрительных мате-риалах, относят мышьяк, хлориды и фториды. Однако концентрация первых в рассматриваемых шламах незначительна, а хлориды и фториды легкораствори-мы и вымываются за пределы почвенного профиля, не оказывая заметного влияния на растения. При этом содержание фторидов в шламах не больше, чем в традиционных фосфорных удобрениях, а хлоридов значительно меньше, чем в хлористом калии. Содержащаяся в шламах сера является элементом, жизнен-но необходимым для растений и требующиеся количества ее сходны с количе-ствами необходимого растениям фосфора. Нехватка вызывает ухудшение рос-

54

та, хлороз, снижение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям (за-суха). В то же время содержание серы в других удобрениях заметно выше: сульфат аммония содержит 24% серы, а суперфосфат – 12%.

Одной из главных характеристик минеральных удобрений является их влияние на уровень кислотности почвы. Чаще всего они обладают гидролити-ческой и физиологической кислотностью, а их применение вызывает подкисле-ние почв и необходимость известкования.

Исследование шламов показало, что их растворы обладают слабощелоч-ной реакцией, что не приводит к подкислению почвы.

Таким образом, приведенные данные показывают достаточно высокую удобрительную ценность шламов, обусловленную высоким содержанием дей-ствующего вещества, его высокой растворимостью, а также отсутствием подкисляющего эффекта, ухудшающего свойства почв.

Вопросы для самоконтроля:

1. Дайте краткий исторический обзор использования в качестве удобрений отходов химической промышленности

2. Назовите основные причины, позволяющие рекомендовать использование отходов химической промышленности в качестве вторичного материаль-ного ресурса

3. Оцените потенциальную возможность использования в качестве удобри-тельного материала фосфорсодержащих шламовых отходов предприятий по производству средств бытовой химии 2.1.4. Основные проблемы утилизации отходов в сельскохозяйственном производстве Выше были рассмотрены особенности состава и свойств ряда отходов,

используемых или планируемых к использованию в качестве удобрений. При этом внимание в основном уделялось их потенциальной питательной ценности. Однако утилизация отходов в агроэкосистеме может быть сопряжена с серьез-ной экологической опасностью. Далее приведена информация по их возможно-му негативному влиянию на компоненты окружающей среды.

Избыточное накопление

биогенных элементов в агроэкосистеме Прежде всего, рассмотрим последствия избыточного поступления в агро-

экосистему основных биогенных элементов – азота, фосфора и калия, что чаще всего наблюдается в зоне влияния предприятий промышленного животноводст-ва и птицеводства при утилизации высоких доз органосодержащих отходов.

С удобрительными материалами в агроэкосистему может поступать боль-шое количество азота, что не вызывает значимых негативных изменений в са-

55

мой почве, однако может повысить экологическую нагрузку на экосистему за счет проникновения его различных форм в сопредельные среды. Так, при по-ступлении большого количества органического вещества в почву усиливаются микробиологические процессы, в том числе денитрификация, одним из продук-тов которой является закись азота – N2О. Данное соединение характеризуется продолжительным временем пребывания в атмосфере (114-120 лет) и высоким потенциальным вкладом в развитие «парникового эффекта», который оценива-ется в 170-310 раз выше по сравнению с диоксидом углерода. Одновременно закись азота является предшественником соединений, взаимодействующих в ходе фотохимических реакций с озоном стратосферы, вызывая его разрушение. В результате ежегодного роста концентрации закиси азота на 0,5-1,2 % создает-ся серьезная угроза изменения климата и химии атмосферы.

Как правило, влияние сельскохозяйственного производства на выделение закиси азота недооценивается. Между тем, на долю агротехногенных источни-ков закиси азота приходится более 33 % общей продукции закиси азота и 75 % – антропогенной. Объемы эмиссии закиси азота тесно связаны с состоянием азотного цикла и характеризуют степень его нарушенности. Чем больше азота вовлечено в биогеохимический круговорот и меньше эффективность его ис-пользования в земледелии (что, как правило, наблюдается при поступлении его избытка с высокими дозами навоза и помета), тем больше закиси азота выделя-ется в атмосферу.

Таким образом, утилизация высоких доз органических удобрений может вносить свой вклад в глобальные проблемы современности, связанные с нару-шением газового режима атмосферы.

Однако более ощутимыми, чем на общебиосферном уровне, по крайней мере, на определенном отрезке времени, являются негативные последствия из-бытка азота, проявляющиеся на уровне отдельной агроэкосистемы. Хорошо из-вестно, что увеличение концентрации азота в форме нитратов в растительной продукции может быть опасным для здоровья человека и животных. Поступле-ние нитратов с пищей вызывает у человека метгемоглобинемию. Под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и тканевых ферментов нитраты могут восстанавливаться до нитритов. Последние вызывают отравления, связанные с нарушением обмена веществ и биотоков головного мозга, понижением актив-ности некоторых ферментов, что изменяет нормальный газообмен в тканях, со-провождается понижением работоспособности и другими функциональными изменениями. Особенно опасны нитриты, вступающие во взаимодействие с аминами и образующие нитрозамины, которые обладают высокой канцероген-ностью.

В здоровых растениях при нормальном азотном питании нитраты и нит-риты в свободном состоянии до опасных концентраций не накапливаются. По-ступив в растения, они подвергаются процессам восстановления под действием

56

нитратредуктазы и нитритредуктазы. Полученное промежуточное соединение – гидроксиламин или аммиак – связывается с органическими кислотами, которые превращаются в аминокислоты. При нарушении же оптимальных доз и соот-ношений питательных элементов в удобрении, что зачастую наблюдается в зо-нах влияния крупных животноводческих комплексов и птицефабрик, происхо-дит патологическое изменение метаболизма органических соединений, особен-но синтеза аминокислот и белков в растении.

Исследователями неоднократно выявлена возможность превышения до-пустимого уровня содержания нитратов в растительной продукции, полученной при использовании высоких доз органосодержащих отходов (Бачило Н.Г., 1990; Белоус Н.М., 1996).

Кроме этого, азот слабо удерживается в поглощающем комплексе почвы и интенсивно вымывается в грунтовые воды. Так, лизиметрические исследова-ния, проведенные в различных почвенно-климатических зонах страны, свиде-тельствуют, что с 1 га ежегодно вымывается от 2,2 до 48 кг/га минерального азота, причем на нитраты приходится до 90 %. При этом вынос элементов пи-тания фильтрационными водами определяется типом почвы, погодными усло-виями и дозой удобрений (Ахметов Ш.И. и др., 2003; Бреус И.П. и др., 2003).

Состав же подземных вод очень важен для обеспечения жизнедеятельно-сти человека, так как они часто являются источниками централизованного и нецентрализованного водоснабжения.

Известно, что питьевая вода не должна содержать более 45 мг/л нитрат-ионов (Питьевая вода …, 1996). Однако этот лимит легко может быть превы-шен при внесении высоких доз органических удобрений. Так, наблюдения во Франции, Германии, Нидерландах, США показали, что в зоне концентрирован-ного животноводства и птицеводства содержание нитратов около 45-50 мг/л встречается в 50 % случаев. В ряде случаев концентрация нитратов в воде дос-тигает 500-700 мг/л, что в десятки раз выше допустимого предела. При этом со-держание данного соединения зависит от дозы внесенных удобрений, близости водозабора к месту их внесения и гранулометрического состава почвы.

В районах с применением высоких доз органосодержащих отходов про-изводства наблюдается интенсивная почвенная аккумуляция подвижных форм фосфатов, в результате которой концентрация последних достигает ано-мально высоких значений. Так, по данным ряда специалистов содержание под-вижных фосфатов в почвах, прилегающих к крупным свинокомплексам, на по-рядок и более выше, чем в аналогичных почвах, находящихся под влиянием традиционной системы земледелия (Титова В.И., Шафронов О.Д., Варламова Л.Д., 2002; Тарасов С.И., Мерзлая Г.Е., 2003).

Биогеохимический цикл фосфора значительно менее замкнут и менее об-ратим, а, следовательно, менее устойчив, чем циклы воды, углерода, азота, се-ры. Углерод, азот и сера при разложении органических отходов частично ухо-

57

дят в газообразной форме в атмосферу. Фосфор же относительно полнее оста-ется в местах скопления органических отходов и на полях орошения сточными водами, в связи с чем последствия загрязнения местности избытком органиче-ского вещества, содержащего фосфор, особенно чувствительны (Ковда В.А., 1985).

Данная проблема является относительно новой и, поскольку увеличение содержания фосфатов в почве, как правило, не сопровождается снижением урожайности сельскохозяйственных культур, серьезность ее осознана еще да-леко не в полной мере.

Одним из первых оценил многоплановость данной проблемы и акценти-ровал внимание на ее глобальных масштабах и последствиях В.А. Ковда. Пре-жде всего он отмечал, что в последние 50-70 лет общая картина распределения и миграции фосфора в биосфере резко нарушена. Происходит увеличение со-держания фосфора в обменном фонде биогеохимического цикла данного эле-мента (малый биологический круговорот). В.А. Ковда (1985) предложил на-звать это явление процессом фосфатизации суши. При этом неизбежно часть фосфора ежегодно возвращается из обменного фонда в резервный. Количество потерь определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются со-держание фосфора в почве и внесение его с удобрениями. Как правило, связь между указанными показателями и непродуктивными потерями фосфатов пря-мо пропорциональна. В большой геологический круговорот данный элемент возвращается в рассеянном состоянии и, соответственно, безвозвратно теряется возможность его хозяйственного использования в исторические отрезки време-ни.

Таким образом, процесс фосфатизации суши способствует непродуктив-ным потерям фосфора из обменного фонда на фоне весьма ограниченных запа-сов фосфатного сырья, что в обозримом будущем ставит под угрозу возмож-ность существования жизни. Необходимо отметить, что процесс фосфатизации проявляется неравномерно. Происходит суммированная, практически необра-тимая аккумуляция соединений фосфора в зонах плотного населения и в зоне влияния промышленного животноводства, в то время как на других площадях происходит снижение его содержания.

Таким образом, концентрирование фосфора на одних площадях (зафос-фачивание почв), например, в зоне влияния крупных птице- и свиноводческих комплексов (Титова В.И., Караксин В.Б., Гейгер Е.Ю., 2003), усугубляет про-блему дефицита на других.

Проблема фосфора в окружающей среде представляет повышенный инте-рес и в связи с атомарными особенностями данного элемента. Среди всех тех-нофильных элементов фосфор заслуживает особого внимания вследствие элек-тронной структуры его атома. В реакциях координации его роль не ограничива-ется вхождением в состав координируемых атомных группировок (лигандов).

58

Атом фосфора способен выступать также в качестве координационного центра, что может приводить к образованию ранее не встречавшихся в почвах соедине-ний. Нетипичные для естественных наземных экосистем соединения, образую-щиеся в результате фосфатизации земель, могут вызывать в них изменения, на-правленность и потенциальную опасность которых оценить в настоящий мо-мент сложно, так как знания о них явно недостаточны (Кудеярова А.Ю., 1995).

Кроме вышеназванных экологических проблем глобального характера, обусловленных аномально высоким концентрированием фосфатов в агроэкоси-стеме, возможно негативное влияние этого процесса и на урожайность сельско-хозяйственных культур. Так, рядом исследований установлено, что при опреде-ленном накоплении фосфора в тканях растений отмечается резкое снижение прироста биомассы. Кроме того, при одностороннем обогащении почв тем или иным элементом может наблюдаться нарушение баланса элементов питания за счет антогонизма ионов, перевода дефицитных элементов в недоступное расте-ниям состояние при воздействии элемента, находящегося в избытке, и другие процессы, негативно влияющие на рост и развитие растений. По мнению ряда исследователей при содержании 400-1000 мг подвижных фосфатов на 1 кг поч-вы может наступить депрессия растений, а при 4000 мг – их гибель.

Однако негативное влияние избыточного содержания фосфора в почве на экосистему этим не исчерпывается, так как почва – открытая подсистема в гео-химическом ландшафте, потоки вещества и энергии в которой связаны с при-земной атмосферой, растительностью, с поверхностными и почвенно-грунтовыми водами. Гидросферные функции почвы в процессе хозяйственного использования почвенного покрова претерпевают изменения и нарушения в числе первых. Особенно заметно трансформированной оказывается, как прави-ло, функция биопродуктивности водоемов, заключающаяся в поступлении из почвы с поверхностным и грунтовым потоком биофильных макро- и микроэле-ментов, идущих на формирование биомассы организмов, обитающих в водной среде.

Поступление избыточного количества элементов питания в водоемы вы-зывает их деградацию. Признаки эвтрофикации водоемов наблюдаются, если концентрация фосфора в воде превышает 15 частей на миллион, а азота – 0,3 части/млн. Биологически чистые воды содержат лишь сотые и тысячные до-ли фосфора на миллион (сотые и тысячные доли мг/л). В процессе эвтрофиро-вания вод происходит снижение видового разнообразия сообщества водных ор-ганизмов. Чрезмерное развитие получают водоросли, особенно сине-зеленые. Исследования показали, что наибольший вклад в процесс эвтрофирования вно-сят фосфор и азот. Среди других факторов следует отметить органический уг-лерод, ростовые гормоны, микроэлементы, а также витамины. Все это в боль-ших количествах присутствует в неорганизованном стоке с территорий, приле-гающих к животноводческим комплексам и крупным птицефабрикам.

59

Среди негативных результатов активизации процесса эвтрофирования можно назвать острый дефицит растворенного кислорода (вследствие его рас-хода на окисление органических веществ и избыточное минеральное питание водорослей и микроорганизмов), а также денитрификацию и десульфирование с образованием сероводорода, метана, этилена, что приводит к гибели рыбы и других животных, населяющих водоемы, заболеванию людей и животных в случае потребления загрязненной воды.

Избыточное поступление калия с органическими отходами вызывает меньшую, но, тем не менее, значимую напряженность в агроэкоситеме. В ос-новном она связана с ухудшением качества растениеводческой продукции, в частности, кормов. При избыточном калийном питании происходят нежела-тельные изменения в минеральном составе растений: снижается содержание кальция, магния и натрия, отношение К:Na становится более 5,0 (т.е., выше нормы). Это связано с тем, что одновалентный катион К+ поглощается и акку-мулируется клетками растений быстрее и в большей степени, чем Са2+ и Mg2+. В связи с этим содержание калия в растительной продукции нормируется: ПДК на содержание К2О в кормах составляет 2,5-3,0 %. Низкое содержание магния в кормах приводит к заболеванию животных гипомагниемией.

Таким образом, избыточное насыщение агроэкосистемы биогенными эле-ментами, что часто отмечается в зоне утилизации органосодержащих отхо-дов промышленного животноводства, может привести к нарушению сло-жившегося равновесия и развитию ряда серьезных негативных процессов.

Аккумуляция тяжелых металлов

Не менее важной и значимой проблемой, которая может наблюдаться при внесении высоких доз отходов, является аккумуляция токсикантов, в частности, тяжелых металлов, в агроэкосистеме.

Избыточное накопление тяжелых металлов в почве в конечном итоге при-водит к изменению ее химического состава, физико-химических и других свойств. Такие изменения могут происходить как в результате прямого влияния загрязнения, так и косвенного – вследствие изменения интенсивности и емко-сти биологического круговорота, изменения интенсивности и направленности процессов микробиологической трансформации веществ. Последнее связано в основном с отрицательным действием высоких концентраций тяжелых метал-лов на ферментативную активность почвы: металлы способствуют разрушению связей в биологических соединениях, в результате чего происходит инактива-ция ферментных систем.

В растениях тяжелые металлы оказывают денатурирующее действие на метаболически важные белки. Так как каталитическая и регуляторная роль бел-ков для метаболической системы организмов является всеобъемлющей, нару-шения могут захватывать самые различные звенья обмена. Кроме этого, возмо-

60

жен перевод фосфора в недоступную для метаболизма форму труднораствори-мых фосфатов тяжелых металлов, а также конкуренция тяжелых металлов с не-обходимыми элементами минерального питания, замена специфических пере-носчиков и передатчиков этих элементов в метаболической цепи, что может привести к их дефициту.

Поступление тяжелых металлов в экосистему может приводить не только к загрязнению почв, но и сопредельных с нею сред. Почва является своеобраз-ным фильтром, поглощающим и обезвреживающим токсиканты, однако ее бу-ферная способность не беспредельна. При загрязнении почв тяжелыми метал-лами возможно их продвижение вниз по профилю с фильтрующимися водами. Исследования, проведенные в условиях Волжско-Камской степи показали, что вынос металлов из незагрязненных почв является небольшим (медь 2-5, цинк 14-30, свинец 2-6, кадмий 0,2-0,3 г/га в год) и составляет 2-5 % от их общего поступления в почвы. При загрязнении почв металлами (1,5-3 ПДК) их абсо-лютные потери от вымывания повышались в 1,5-3 раза. Наибольшие коэффи-циенты водной миграции обнаружены для цинка и кадмия, особенно в дерново-подзолистой почве (Бреус И.П. и др., 2003).

Тяжелые металлы поступают в почву разными путями, в том числе – и с органическими удобрениями. Особенно это касается отходов животноводче-ских и птицеводческих предприятий промышленного типа, где в корм добав-ляют компоненты, содержащие микроэлементы. При этом необходимо под-черкнуть, что органические удобрения как источник питания растений и фактор урожайности изучаются уже много лет, их же значение как фактора, влияющего на содержание тяжелых металлов в почве и растениях, изучено недостаточно.

В составе любых органических удобрений имеются тяжелые металлы, которые могут загрязнять почву, растения и грунтовые воды.

Так, например, в навозе и навозной жиже содержание токсикантов может составлять: кадмия – до 40 мг/кг, свинца – до 15 мг/кг воздушно-сухого веще-ства (Минеев В.Г. и др., 1993). По данным А.А. Поповой (1991) при дозе навоза 50 т/га в почву может поступать 38 г/га свинца, 2,3 г/га кадмия. Что касается птичьего помета, то с 10 т данного удобрения в почву в среднем поступает 3,5 г свинца, 4,5 г никеля, 1 г хрома, 85 г цинка, 8,5 г меди, 0,85 г кадмия и т.д. (Ма-чадо М.А., 1998).

Содержание тяжелых металлов в птичьем помете, являющемся отходом ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская», и в жидком свином навозе, полученном на ОАО «Ильиногорское» Нижегородской области, представлено в таблицах 16 и 17.

16. Содержание тяжелых металлов в птичьем помете Показатель Сu Zn Co Ni Cr Mn Cd Pb Содержание, мг/кг

61

абс.-сух. вещества Содержание, мг/кг помета 70 % влажности

21,3

6,4

48,7

14,6

3,9

1,2

8,4

2,5

2,7

0,7

127,0

38,1

0,89

0,27

8,7

2,6 17. Содержание тяжелых металлов в жидком свином навозе Показатель Pb Cd Zn Ni Содержание, мг/кг абс.-сух. вещества 27,3 0,30 95,5 22,7 Содержание, мг/кг навоза 93,4 % влажности 1,8 0,02 6,3 1,5

Источником загрязнения почв тяжелыми металлами могут являться не

только отходы промышленного животноводства, но и отходы предприятий, пе-рерабатывающих сельскохозяйственную продукцию. Так, в таблице 18 приве-дены данные по содержанию металлов в фугате, являющемся отходом перера-ботки барды спиртовой на ОАО «Арзамасспирт» Нижегородской области. Со 100 м3 данного материала в почву поступает около 182 г свинца, 136 г цинка и 30 г кадмия на 1 гектар.

18. Содержание тяжелых металлов в фугате – отходе переработки барды спиртовой

Показатель Единица измерения

Значение

Массовая доля сухого остатка % 3,7 Массовая доля примесей тяжелых метал-лов:

цинк мг/л 1,36 медь -"- 0,28 свинец -"- 1,82 кадмий -"- 0,30 хром -"- 0,37 никель -"- 0,47 марганец -"- 0,58 кобальт -"- 0,37 железо -"- 0,52

Особое внимание на содержание токсикантов следует обращать при пла-

нировании использования в качестве удобрения отходов химической промыш-ленности, степень опасности которых варьирует в широких пределах и может быть весьма значительной. Содержание тяжелых металлов в фосфорсодержа-щих шламах ЗАО ПКФ «Славянка» представлено в таблице 19.

19. Содержание тяжелых металлов в шламах, мг/кг (на возд.-сух. вещество) Металл Шлам 1 Шлам 2 Металл Шлам 1 Шлам 2 Железо 7104,3 4314,6 Никель 96,4 76,0 Марганец 225,4 535,6 Цинк н.п.о. 21,8

62

Кадмий н.п.о. н.п.о. Медь н.п.о. н.п.о. Свинец н.п.о. н.п.о. Хром 333,2 н.п.о.

Данные показывают, что в целом невысокое содержание рассматривае-

мых элементов при систематическом внесении очень высоких доз рассматри-ваемых материалов может стать реальным источником загрязнения почв и про-дукции растениеводства тяжелыми металлами.

С другой стороны, органические удобрения, активно изменяя агрохими-ческие свойства почвы, влияют на подвижность тяжелых металлов, которая оп-ределяет потенциальную опасность загрязнения ими растительной продукции и грунтовых вод, в большинстве случаев снижая ее. Следовательно, органосо-держащие отходы могут стать фактором детоксикации загрязненных тя-желыми металлами почв.

В целом, накопление тяжелых металлов в почве вследствие применения органических удобрений зависит от ряда факторов: дозы, длительности приме-нения, свойств почвы и т.п.

Микробиологическое загрязнение

Органосодержащие отходы предприятий промышленного животноводст-ва и птицеводства содержат большое количество патогенной микрофлоры. С навозом и пометом могут передаваться туберкулез, пастереллез, холера, чума, оспа, сальмонеллез, бруцеллез, колибактериоз, ботулизм, столбняк, некробак-териоз, вирусная диарея и др. В навозе и помете в большом количестве могут присутствовать возбудители инвазий: акаридиоза, трихоцефалоза, эзофагосто-моза и пр. По данным Всемирной организации здравоохранения органические удобрения являются фактором передачи более 100 возбудителей болезней пти-цы и животных с острым и хроническим течением.

Патогенная микрофлора длительное время сохраняет жизнеспособность в навозе: возбудители бруцеллеза, ящура – 5,5 месяцев, рожи свиней, лептоспи-роза – 6,5, сальмонеллеза и колибактериоза – 12; туберкулеза – 18 месяцев. Да-же слабовирулентная и условно-патогенная микрофлора в навозе способна по-вышать свои вирулентные свойства и создавать серьезную эпизоотическую и эпидемиологическую угрозу. Разбавление навоза водой в соотношении 1:10 по-вышает сроки выживаемости патогенных микроорганизмов более чем в 3 раза.

Таким образом, навоз и помет относятся к категории нестабильных ор-ганических контаминантов, в 1 мг которых может содержаться до 170 млн. шт. микроорганизмов, в том числе патогенных, вызывающих эпидемии и эпи-зоотии. Попадая в естественные водоемы, патогенные микроорганизмы спо-собны вызывать вспышки болезней далеко вниз по течению отстоящих от пер-вичного очага. В связи с этим система подготовки навоза должна обеспечивать

63

надежное его обеззараживание и обезвреживание от патогенных, болезнетвор-ных микроорганизмов и жизнеспособных яиц гельминтов.

Применение отходов предприятий, перерабатывающих сельскохозяйст-венную продукцию, в этом плане является более безопасным. Тем не менее, при внесении в почву жома свекловичного, барды спиртовой, молочной сыво-ротки и т.д. возможно возникновение микробиологического стресса, что обу-словлено специфической микрофлорой отходов, которая, попадая в почву, мо-жет изменять скорость и направленность протекания нормальных микробиоло-гических процессов в течение более или менее длительного времени. Это мо-жет привести к созданию неблагоприятных условий для произрастания сель-скохозяйственных культур.

Однако многочисленные исследования, проводимые в разных почвенно-климатических зонах страны с целью изучения динамики численности популя-ций микроорганизмов-загрязнителей в почве, показали, что обычно за некото-рым увеличением численности, наблюдаемом в течение первых 10 суток, в по-следующем происходит гибель популяции. Чаще всего, через 60 суток чис-ленность привнесенной популяции стабилизируется на очень низком уровне, незначимом для функционирования почвенно-биотического комплекса. Подоб-ный эффект соответствует концепции самоочищения почв.

Показатели скорости гибели популяций различаются и зависят от их пер-воначальной плотности (чем выше плотность, тем, как правило, интенсивнее процессы гибели), от влажности, температуры и других внешних факторов. Возможны условия, особенно при периодическом загрязнении, когда гибель клеток может существенно замедляться. В таких случаях наблюдается стабили-зация популяции-загрязнителя на весьма высоком уровне численности, поэтому в каждом конкретном случае необходимо изучение самоочищающей способно-сти почв в отношении данного фактора воздействия.

Неблагоприятные изменения агрохимических

и агрофизических свойств почвы Одним из наиболее значимых неблагоприятных последствий утилизации

отходов предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию, является подкисление почвы. Все рассмотренные виды отходов (жом свекло-вичный, барды спиртовая и фугат, молочная сыворотка) обладают повышенной кислотностью и способны вызвать негативные изменения физико-химических свойств почвы. При этом негативный эффект будет зависеть от дозы утилизи-руемого материала, периодичности утилизации и буферности почвы.

В некоторых случаях на фоне длительного применения жидких форм ор-ганических удобрений происходит снижение содержания гумуса в почве, ухуд-шаются водно-физические свойства: увеличивается плотность, снижается ско-рость впитывания жидкости, уменьшается коэффициент фильтрации. Данное

64

негативное воздействие, очевидно, связано не столько с поступлением в почву органических и минеральных веществ отходов, сколько с поступлением боль-ших количеств воды.

Таким образом, использование отходов в качестве удобрений может вносить определенные изменения в процесс почвообразования и состояния аг-роэкосистем. При этом в ряде случаев данные изменения могут носить нега-тивный характер. Для предупреждения же и приостановления неблагоприят-ных последствий использования отходов в качестве удобрений необходима разработка безопасной технологии их утилизации и жесткий контроль за ее соблюдением.

Вопросы для самоконтроля:

1. Поясните, в чем заключается проблема накопления азота в агроэкосисте-ме

2. Поясните, в чем заключается проблема накопления фосфора и калия в аг-роэкосистеме

3. Поясните суть проблемы аккумуляции в агробиогеоценозе тяжелых ме-таллов

4. Охарактеризуйте опасность микробиологического загрязнения основных природных сред при неконтролируемом использовании отходов в народном хозяйстве

5. Приведите примеры негативных изменений агрохимических и агрофизиче-ских свойств почвы вследствие применения отходов

2.2. Оценка агрономической ценности и безопасности отходов, планируемых к использованию в качестве новых удобрительных материалов

При определении возможности применения отходов в качестве удобре-

ний, ранее для этой цели не использовавшихся, как указывалось выше, необхо-димо проведение экспериментальных исследований, подтверждающих их удоб-рительную ценность и экологическую безопасность.

Ниже представлена типовая программа, а также примеры исследований по данной тематике.

2.2.1. Программа по установлению удобрительной ценности и безопасности отходов Определение ценности отхода как удобрительного материала и оценка

степени его экологической опасности являются основанием для установления

65

принципиальной возможности использования отходов в качестве удобрений для сельскохозяйственных культур.

В общем виде такая программа, несмотря на различие изучаемых мате-риалов, является достаточно однотипной и может включать ряд этапов.

На первом этапе исследований: • определяется полный химический состав, бактериологические, микро-биологические и другие свойства отходов, оценка которых позволяет дать предварительное заключение о потенциальной удобрительной ценности (об этом свидетельствует наличие и количество биогенных элементов, содержание органического вещества) и опасности (содержание тяжелых металлов и других загрязнителей, повышенная кислотность, неблагопри-ятные микробиологические показатели и т.д.). Особое внимание следует обратить на стабильность состава и свойств отходов в зависимости от технологического процесса, условий и сроков их хранения;

• проводится оценка воздействия отходов на живые организмы – биотесты, в качестве которых используются одноклеточные водоросли, инфузории или дафнии, а также сельскохозяйственные культуры в период прораста-ния (наиболее уязвимая фаза органогенеза);

• определяется общая токсичность субстратов, созданных на основе почвы и изучаемого отхода. Второй этап включает 3 позиции:

• проведение модельных лабораторных и вегетационных опытов, что по-зволяет получить предварительные результаты о влиянии отхода на рас-тения и свойства почвы. При определении последних (показателей со-стояния почвы), кроме стандартных химических показателей следует провести оценку микробоценоза, так как зачастую утилизация отхода вы-зывает микробиологический стресс (показатели биологической активно-сти почвы вполне адекватно отражают уровень опасности отхода);

• прогнозирование кислотной нагрузки на почвенно-биотический ком-плекс, расчет баланса элементов питания и токсикантов в системе и т.д.;

• выполнение экспертной оценки воздействия планируемой утилизации от-хода на сопредельные среды (поверхностные и грунтовые воды, воздух и пр.). По сути, первые два этапа дают ответ о принципиальной возможности

использования отхода в качестве органического удобрения, и в случае, если она установлена, необходимо перейти к заключительной части работы – к третьему этапу.

На третьем этапе следует провести: • полевые опыты (не менее 3х лет), задачей которых является оценка его фактического воздействия на урожайность, качество и безопасность рас-

66

тениеводческой продукции, свойства почвы и состояние окружающей среды;

• производственные испытания в условиях, близких к тем, в которых пред-полагается утилизация отходов. Только на основе результатов таких полномасштабных работ можно вы-

нести решение о возможности использования отходов в качестве удобрений. В случае, если это решение вынесено, следует разработать безопасную техно-логию утилизации. При этом на площадях, где утилизацию предполагается осуществлять регулярно (например, если речь идет о возможности использова-ния отхода переработки, поставляемого в окружающую среду регулярно – жома или дефеката для предприятий свеклосахарной промышленности, барды спир-товой при производстве пищевого спирта и т.д.), следует предусмотреть жест-кий контроль путем проведения мониторинговых исследований как за состоя-нием компонентов окружающей среды, так и за качеством получаемой расте-ниеводческой продукции.

Таким образом, при определении возможности использования органиче-ских отходов в качестве удобрительных материалов следует учитывать нор-мативную базу для осуществления подобного процесса (см. раздел 1.2) и проце-дуру проведения исследований (раздел 2.2.1), что позволит дать квалифициро-ванное заключение о безопасности и агрономической ценности отхода.

Вопросы для самоконтроля: 1. Назовите основные позиции первого этапа исследований по установлению

принципиальной возможности использования отхода в качестве удобрения 2. Назовите основные позиции второго этапа исследований по установлению

принципиальной возможности использования отхода в качестве удобрения 3. Назовите основные позиции третьего этапа исследований по установле-

нию принципиальной возможности использования отхода в качестве удоб-рения 2.2.2. Исследования по возможности использования

в качестве удобрений отходов предприятий перерабатывающей и химической промышленности

В разделе в виде примеров представлены результаты исследований по оценке принципиальной возможности использования различных отходов про-изводства в качестве удобрений (1й -2й этапы изложенной выше схемы), прове-денных на кафедре агрохимии и агроэкологии Нижегородской ГСХА.

Жом свекловичный

67

Объектом исследования являлся свекловичный жом Сергачского сахарно-го завода Нижегородской области. Анализ химического состава отхода, пред-ставленный выше, позволяет предположить, что при использовании его в каче-стве органического удобрения в почвенно-биотическом комплексе, наряду с неоспоримыми положительными моментами (поступление органического ве-щества и элементов питания растений), возможно развитие ряда негативных процессов. Наиболее значимыми из них могут быть подкисление почв и мик-робиологический стресс. Все это в совокупности может привести к созданию неблагоприятных условий для произрастания сельскохозяйственных культур. В связи с этим при оценке потенциальной опасности утилизации свекловичного жома на начальной стадии исследования необходимо определить фитотоксич-ность исходного субстрата методом биотестирования.

Определение проводили двумя способами: водной вытяжки и пластин. Количественная оценка фитотоксичности проведена на основании энергии про-растания семян и всхожести. В качестве тест-культуры использовалась яровая пшеница. В связи с тем, что токсичность жома зависит от времени его хране-ния, схема эксперимента предусматривала изучение свежего (с технологиче-ской линии) и кислого (после 30-дневного хранения на открытом воздухе) от-хода. В качестве контроля для увлажнения семян использовалась дистиллиро-ванная вода.

Энергия прорастания и всхожесть яровой пшеницы представлена в таб-лице 20.

20. Оценка фитотоксичности жома свекловичного

Вариант

Количество семян,

проросших на 3 сутки

Энергия прорастания,

%

Количество семян,

проросших на 6 сутки

Всхожесть,

%

Степень токсично-

сти

Метод водной вытяжки 1 48 96 48 96 - 2 43 86 43 86 1 3 18 36 19 38 4

НСР05 2 2 Метод пластин

1 46 92 48 96 - 2 0 0 0 0 4 3 0 0 0 0 4

НСР05 1 1 Примечание: 1 – контроль; 2 – жом свежий (с технологической линии);

3 – жом после тридцатидневного хранения на открытом воздухе. Растения, для увлажнения которых использовалась вода, проросли на

вторые сутки; водная вытяжка из свежего свекловичного жома позволила полу-

68

чить всходы на вторые-третьи сутки, а вытяжка из кислого жома – только на третьи сутки эксперимента. То есть, свекловичный жом несколько отодвигал начало срока прорастания семян.

Дальнейшие наблюдения показали, что водная вытяжка из жома обладает ярко выраженной фитотоксичностью в отношении тест-культуры, при этом степень негативного воздействия во многом определяется временем хранения отхода. Так, свежий жом снизил энергию прорастания семян в 1,1 раза. Суб-страт, который хранился на открытом воздухе в течение месяца, снизил значе-ние рассматриваемой характеристики почти в 3 раза (4ая степень токсичности). Аналогичные результаты получены и по другому диагностическому показате-лю – всхожести опытной культуры. Таким образом, хранение субстрата может приводить к увеличению его неблагоприятного воздействия на растения.

Кроме основных показателей (энергии прорастания и всхожести семян) при оценке влияния жома на растительные организмы определили массу проро-стков (табл. 21).

21. Масса проростков в опыте по определению фитотоксичности жома свекловичного, г

Метод водной вытяжки Метод пластин Вариант средняя ± к контролю средняя ± к контролю

1 3,16 - 2,72 - 2 0,85 -2,31 0,00 -2,72 3 0,30 -2,86 0,00 -2,72

Результаты свидетельствуют, что общая масса проростков, полученных

при увлажнении семян вытяжками из испытуемых субстратов, была сущест-венно ниже, чем в контрольном варианте. Причем это обусловлено не только разным количеством проросших растений, но и более слабым развитием рост-ков на фоне использования вытяжек из жома. Так, удельная масса проростка на контрольном варианте составила 66 мг, на втором варианте – 19 мг, на третьем варианте – 16 мг.

Следует отметить, что длина ростков в среднем была везде примерно одинакова (около 1,5-2 см), однако на вариантах с использованием жома проро-стки были более тонкие, в ряде случаев нитевидные, и бледные.

Определение токсичности жома в более жестких условиях – при выращи-вании тест-культуры непосредственно на пластинах из испытуемого субстрата (в качестве контроля использовали почву, отобранную в фоновом районе и за-ведомо не обладающую фитотоксичностью), показало следующее. В контроль-ном варианте, так же как и в предыдущем опыте, проростки появились на вто-рые сутки проведения эксперимента. Во втором варианте начало прорастания было зафиксировано на 3ий день. Однако длина ростков на момент определения

69

энергии прорастания была менее длины половины семени, что не позволяло классифицировать данные семена как нормально проросшие, и энергия прорас-тания, соответственно, была нулевой (табл. 20).

В дальнейшем все проростки погибли. В третьем варианте опыта процес-са прорастания семян не наблюдалось вообще. В целом к моменту завершения эксперимента на пластинах из свежего и кислого жома не было обнаружено ни одного проросшего семени, что свидетельствует об абсолютной фитотоксично-сти изучаемого продукта.

Таким образом, в целом эксперименты по биотестированию показали, что жом проявляет фитотоксичность в отношении семян озимой пшеницы, причем ее уровень для свежего отхода заметно ниже, чем для материала, хранившегося в течение месяца.

Поскольку хранение – один из основных факторов, определяющий фито-токсичность жома, в программу эксперимента включили изучение влияния ус-ловий хранения на потенциальную опасность данного отхода. При этом моде-лировались следующие способы: рыхлое (регулярное перемешивание материа-ла) и плотное хранение. Для интенсификации протекания микробиологических процессов испытуемые материалы помешались в благоприятные температур-ные условия (26-280С). После двухнедельной экспозиции определяли фитоток-сичность получившихся субстратов.

Метод водной вытяжки показал следующие результаты. В отличие от предыдущих экспериментов, в данном опыте сроки начала прорастания семян практически не зависели от действия изучаемого фактора и во всех вариантах наступили на вторые сутки после закладки опыта (табл. 22).

Однако энергия прорастания существенно различалась по вариантам. Максимальное значение данного показателя наблюдалось на контроле. Исполь-зование водной вытяжки из свежего жома после его двухнедельной инкубации снизило энергию прорастания яровой пшеницы в 1,2 раза. Причем кратность снижения значения данного показателя относительно контроля не зависела от способа хранения отхода.

Иная картина наблюдалась при определении влияния на энергию прорас-тания кислого жома после его двухнедельного выдерживания. Прежде всего, необходимо отметить, что степень негативного влияния рассматриваемого про-дукта на семена тест-культуры определялась способом его хранения (при рых-лом была ниже, чем при плотном). Но в любом случае уровень токсичности жома заметно снизился по сравнению с аналогичным показателем, полученным до инкубации данного отхода.

К моменту определения всхожести количество проросших семян в опыт-ных вариантах увеличилось. Водная вытяжка из свежего жома после его двух-недельного выдерживания в рыхлом состоянии не проявляла фитотоксичности. Всхожесть на 3ем варианте была значительно ниже аналогичного показателя на

70

контроле и предыдущем варианте. Кроме этого, она была ниже, чем всхожесть, полученная до двухнедельной инкубации жома.

Соответственно, плотное хранение свежего жома привело к увеличению фитотоксичности данного продукта.

22. Определение фитотоксичности жома свекловичного после двухнедельного хранения

Вариант

Количество семян,

проросших на 3 сутки

Энергия прорастания,

%

Количество семян,

проросших на 6 сутки

Всхожесть,

%

Степень токсично-

сти

Метод водной вытяжки 1 49 98 49 98 - 2 41 82 46 92 0 3 41 82 41 82 1 4 38 76 44 88 1 5 32 64 38 76 2

НСР05 4 4 Метод пластин

1 49 98 49 98 - 2 34 68 40 80 2 3 10 20 16 32 4 4 0 0 0 0 4 5 0 0 0 0 4

НСР05 2 1 Примечание: 1 – контроль; 2 – жом свежий (с технологической линии) при рыхлом хранении;

3 – жом свежий (с технологической линии) при плотном хранении; 4 – жом после тридцатидневного хранения на открытом воздухе при рыхлом хранении; 5 – жом после тридцатидневного хранения на открытом воздухе при плотном хранении.

Всхожесть семян, проросших на фоне использования водной вытяжки из

кислого жома (4ый и 5ый варианты), заметно ниже, чем на контрольном вариан-те, но существенно выше по сравнению с аналогичным показателем, полу-ченным без предварительной инкубации жома. Причем в данном случае, как и в предыдущем, токсичность жома, хранившегося в рыхлом состоянии, ниже, чем его токсичность при плотном хранении.

Анализ массы проростков показывает, что максимальное значение данно-го показателя получено в контрольном варианте (табл. 23).

23. Масса проростков в опыте по определению фитотоксичности жома свекловичного после двухнедельного хранения

Метод водной вытяжки Метод пластин Вариант средняя ± к контролю средняя ± к контролю

1 3,88 - 4,70 -

71

2 3,56 -0,32 3,08 -1,62 3 1,86 -2,02 0,52 -4,18 4 2,69 -1,19 0,00 -4,70 5 2,45 -1,43 0,00 -4,70

Опытные варианты отличались от контрольного как меньшей общей мас-

сой проростков, так и меньшей средней массой в расчете на одно растение. Тем не менее как общая, так и удельная масса проростков, полученных на фоне ис-пользовании жома после его двухнедельной инкубации, существенно выше, чем аналогичный показатель в эксперименте с исходным субстратом (без инку-бации).

Результаты определения фитотоксичности изучаемого отхода после его двухнедельной инкубации методом пластин показали следующее.

Прорастание семян на свежем жоме наблюдалось на сутки позднее, чем на контрольном варианте. Энергия прорастания на 2ом варианте опыта состави-ла 68 %. Между тем при использовании данного материала без предварительно-го хранения семена не проросли. Плотный способ инкубирования жома (3ий ва-риант) обеспечил получение материала, обладающего большей фитотоксично-стью, чем при рыхлом хранении, но меньшей, чем исходный продукт.

Токсичность кислого жома после двухнедельного хранения по-прежнему осталась очень высокой. Всхожесть семян на вариантах, где он использовался в качестве субстрата (4ый и 5ый варианты), была нулевой.

Таким образом, результаты проведенного эксперимента позволяют кон-статировать, что дополнительное двухнедельное хранение жома в условиях, благоприятных для его разложения, позволяет снизить фитотоксичность от-хода. Причем рыхлый способ хранения в этом плане был наиболее эффективен.

Однако в данном случае следует учитывать, что в лабораторном модель-ном опыте искусственно были созданы условия, способствующие интенсивно-му протеканию микробиологических процессов. Кроме этого, на инкубирова-ние закладывался небольшой объем отходов (500 г). Необходимо также отме-тить, что при двухнедельном хранении жома происходило выделение жидкой фракции, что следует ожидать и в реальных условиях. Данная фракция отхода, попадая в почву, грунтовые и поверхностные воды, может приводить к их за-грязнению.

Для предотвращения подобных негативных процессов необходима разра-ботка технологии хранения жома, безопасной для окружающей среды и обеспе-чивающей получение продукта, нетоксичного для сельскохозяйственных куль-тур. Решение данной проблемы требует проведения экспериментов и монито-ринговых наблюдений в натурных условиях.

В целом серия экспериментов по определению фитотоксичности свекло-вичного жома показала следующее:

72

• данный отход обладает потенциальной фитотоксичностью, что может при-вести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур при внесе-нии его в почву;

• уровень фитотоксичности в значительной степени определяется длитель-ностью хранения жома: токсичность данного отхода после его выдержива-ния в течение месяца на открытом воздухе была существенно выше, чем токсичность свежего материала; однако моделирование дальнейшего хра-нения в искусственных условиях показало, что со временем по мере разло-жения жом теряет свою токсичность;

• подбирая правильные условия хранения, можно регулировать качество по-лучаемого из жома органического удобрения. Так, исследование показало, что при рыхлом способе хранения отхода потеря токсичности происходит интенсивнее, чем при плотном способе. Как было показано выше, свекловичный жом обладает токсичностью в

отношении сельскохозяйственных культур, что обуславливает потенциальную опасность его утилизации в качестве органического удобрения. Однако следует учитывать, что технология применения жома предполагает перемешивание его определенного количества с пахотным слоем почвы. Вероятно, что токсичность субстрата, состоящего из жома и почвы, будет ниже, чем токсичность собст-венно жома, и во многом будет определяться соотношением компостируемых материалов. В связи с этим на следующем этапе программа исследований пре-дусматривала изучение влияния компостов с различным сочетанием указанных компонентов на фитомассу яровой пшеницы, выращиваемую в вегетационных сосудах в течение трех недель. Схема опытов представлена в таблице 24.

24. Схема опыта по созданию субстратов из почвы и жома №

варианта Содержание варианта Условное обозначение варианта

1 Почва 1000 г Контроль 2 Почва 1000 г + жом 250 г Почва 1 : жом 0,25 3 Почва 1000 г + жом 500 г Почва 1 : жом 0,5 4 Почва 1000 г + жом 1000 г Почва 1 : жом 1 5 Почва 1000 г + жом 1500 г Почва 1 : жом 1,5 Для приготовления субстратов использовалась темно-серая лесная почва

(преобладающая в районе планируемой утилизации) и свекловичный жом двух видов: свежий (опыт № 1) и кислый (опыт № 2). Поскольку жом характеризует-ся повышенной кислотностью, его утилизация может сопровождаться подкис-лением почв. Этот фактор легко устранить, если внесение данного отхода со-вместить с внесением нейтрализующих материалов. В качестве последнего в районе планируемой утилизации экологически и экономически оправдано ис-

73

пользование дефеката, который также является отходом сахарной промышлен-ности и с успехом применяется для нейтрализации кислых почв. В связи с этим схема эксперимента предусматривала изучение субстратов «почва-жом» на фо-не действия дефеката (10 г/кг почвы) и без него.

Результаты учета фитомассы яровой пшеницы, выращиваемой на суб-стратах, приготовленных на основе свежего жома, представлены в таблице 25.

25. Фитомасса яровой пшеницы в зависимости от состава субстрата на основе свежего жома, опыт № 1

На фоне дефеката Без дефеката ± к контролю ± к контролю

Варианты Масса, г

г % Масса, г г %

Контроль 4,23 - - 2,18 - - Почва 1 : жом 0,25 4,98 +0,75 +18 5,91 +3,73 +171 Почва 1 : жом 0,5 6,34 +2,11 +50 5,47 +3,29 +151 Почва 1 : жом 1 5,86 +1,63 +39 5,02 +2,84 +130 Почва 1 : жом 1,5 5,35 +1,12 +26 1,03 -1,15 -53

НСР05 0,32 6 0,16 4

На фоне дефеката выявлено следующее: на вариантах, где в состав ком-поста был включен жом, всходы растений появились примерно на одни сутки позднее, чем на контрольном варианте. Однако впоследствии растения не толь-ко выровнялись, но и опередили в развитии пшеницу, произраставшую на чис-той почве. В результате к моменту учета фитомассы ее минимальное значение было зафиксировано на контроле. Минимальная прибавка урожая зеленой мас-сы отмечалась на варианте с наименьшей долей содержания жома. При увели-чении доли отхода в субстрате с 250 до 500 г на каждый килограмм почвы продуктивность фитомассы выросла на 27 % в сравнении с предыдущим вари-антом и на 50 % по отношению к контролю. Именно на данном варианте («поч-ва : жом» 1:0,5) было получено наибольшее количество растительной массы.

Дальнейшее увеличение дозы жома к росту продуктивности опытной культуры не привело. Несмотря на то, что урожайность 4го и 5го вариантов была выше, чем на контроле, она существенно снизилась по сравнению с максималь-ным значением, полученным в опыте.

Таким образом, включение в состав субстрата свежего жома на фоне дефеката стимулировало прирост зеленой массы яровой пшеницы. Однако в случае, когда количество жома в субстрате превысило 500 г на кг почвы, по-ложительный эффект стал убывать. Урожайность контрольного варианта без внесения дефеката была практи-чески в 2 раза ниже, чем на фоне использования данного материала. Включение в состав субстрата свежего жома привело к существенному увеличению фито-массы яровой пшеницы. Причем в данном случае максимальное значение зеле-

74

ной массы опытной культуры было получено на фоне минимальной испытуе-мой дозы жома (250 г/кг почвы). Дальнейшее увеличение доли отхода в составе субстрата привело к снижению прибавки. Более того, максимальная доза угне-тала опытную культуру: урожайность, полученная на 5ом варианте, была вдвое ниже, чем на контроле. Структура фитомассы опытной культуры данного опыта представлена в таблице 26.

26. Структура фитомассы тест-культуры, опыт № 1

Количество стеблей Высота одного растения

Масса одного растения

± к контролю ± к контролю ± к контролю

№ ва-ри-ан-та

сред-нее, шт. шт. %

сред-няя, см см %

сред-няя, г г %

На фоне дефеката 1 89 - - 12,8 - - 0,05 - - 2 92 +3 +3 15,7 +2,9 +23 0,05 0,00 0 3 95 +6 +7 19,7 +6,9 +54 0,07 +0,02 +40 4 89 0 0 18,0 +5,2 +41 0,07 +0,02 +40 5 97 +8 +9 17,8 +5,0 +39 0,07 +0,02 +40 НСР05 8 8 1,7 10,1 0,01 13,1

Без предварительного внесения дефеката 1 85 - - 6,8 - - 0,02 - - 2 95 +10 +12 17,5 +10,7 +157 0,06 +0,04 +200 3 50 -35 -41 18,0 +11,2 +165 0,08 +0,06 +300 4 67 -18 -21 16,5 +9,70 +143 0,07 +0,05 +250 5 17 -68 -80 13,0 +6,20 +91 0,06 +0,04 +200 НСР05 4 7,0 1,6 11,1 0,01 11,5 Анализ данных свидетельствует, что количество растений на фоне дефе-

ката во всех вариантах опыта было практически одинаково, то есть всхожесть яровой пшеницы не зависела от состава субстрата. Однако высота и масса рас-тений существенно различались по вариантам опыта. Так, в отношении высоты опытных растений выявлены те же тенденции, что и в отношении урожайности пшеницы: максимальная средняя высота травостоя соответствовала варианту с наибольшей фитомассой (почва 1 : жом 0,5), а затем уменьшалась по мере уве-личения доли жома в составе субстрата. Средняя масса одного растения только на варианте с минимальной дозой жома не отличалась от контрольной, во всех прочих случаях она стабильно превышала значение показателя, соответствую-щее контрольному варианту, на 40 %.

На вариантах без дефеката выявлены иные тенденции. Практически вез-де, где в состав субстрата входил жом (за исключением варианта с его мини-

75

мальным содержанием), всхожесть семян была заметно ниже, чем на контроле. Следует отметить, что срок появления всходов на этих вариантах был более поздним и растянутым. Минимальное количество взошедших растений отмече-но на варианте с наибольшим содержанием жома в составе субстрата. Средняя высота и масса растений, произраставших на субстратах «почва-жом», во всех случаях выше, чем значение аналогичных показателей на чистой почве. Это свидетельствует о том, что снижение фитомассы происходит, в основном, за счет уменьшения количества взошедших растений, а не за счет более худшего их развития.

То есть, результаты эксперимента показали, что наиболее чувствитель-ной фазой растений, во время которой возможно нанесение наибольшего ущерба от применения жома в качестве удобрения, является фаза пророст-ков. В последующие периоды фитоценоз, очевидно, приобретает определенную устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов. Тем не менее, следует учитывать, что при высоких дозах утилизируемого жома возможно отрицатель-ное влияние на растения и на более поздних фазах их развития. Косвенным об-разом это подтверждает тот факт, что на варианте с максимальной долей жома в составе субстрата, высота растений существенно ниже, чем на вариантах с меньшими дозами отхода. Однако, поскольку в данном случае значение показа-теля на рассматриваемом варианте выше, чем на контрольном, говорить о пря-мом неблагоприятном воздействии жома некорректно.

Результаты по учету фитомассы яровой пшеницы, выращиваемой на суб-стратах, для приготовления которых использовался кислый жом, приведены в таблице 27 (опыт № 2).

27. Фитомасса яровой пшеницы в зависимости от состава субстрата на основе кислого жома, опыт № 2

На фоне дефеката Без дефеката ± к контролю ± к контролю

Масса, г

г % Масса, г г %

Контроль 4,23 - - 2,18 - - Почва 1 : жом 0,25 6,07 +1,84 +44 4,84 +2,66 +122 Почва 1 : жом 0,5 6,63 +2,40 +57 1,51 -0,67 -31 Почва 1 : жом 1 5,79 +1,56 +37 0,00 -2,18 -100 Почва 1 : жом 1,5 5,31 +1,08 +26 0,00 -2,18 -100

НСР05 0,25 4 0,18 10 Анализ данных свидетельствует, что на фоне внесения дефеката выявле-

ны те же тенденции, что и в предыдущем опыте. Причем идентична не только направленность процессов, но и уровни урожайности и прибавок. На вариан-тах без дефеката установлено следующее. Внесение минимальной дозы кислого жома способствовало более чем двухкратному увеличению урожайности опыт-

76

ной культуры. Повышение доли жома в составе субстрата до 500 г/кг привело к существенному падению значения рассматриваемой характеристики. На фоне более высоких доз пшеница не взошла.

Таким образом, результаты эксперимента свидетельствуют, что кис-лый жом, применяемый без нейтрализующих материалов, может оказывать негативное влияние на сельскохозяйственные культуры, причем отрицатель-ный эффект напрямую зависит от дозы используемого отхода. Применение дефеката позволяет практически полностью устранить данный негативный эффект.

Структура зеленой массы яровой пшеницы, полученной в опыте, пред-ставлена в таблице 28. Она подтверждает тенденции, выявленные при анализе фитомассы опытной культуры.

28. Структура фитомассы тест-культуры, опыт № 2

Количество стеблей

Высота одного растения

Масса одного растения

± к контролю ± к контролю ± к контролю № ва-риан-та

среднее, шт. шт. %

сред-няя, см см %

сред-няя, г г %

На фоне дефеката 1 89 - - 12,8 - - 0,05 - - 2 92 +3 +3 17,2 +4,4 +34 0,07 +0,02 +400 3 93 +4 +5 19,2 +6,4 +50 0,07 +0,02 +40 4 95 +6 +7 17,0 +4,2 +33 0,06 +0,01 +20 5 89 0 0 17,5 +4,7 +37 0,06 +0,01 +20 НСР05 7 8 1,5 9 0,01 14

Без предварительного внесения дефеката 1 85 - - 6,8 - - 0,02 - - 2 64 -21 -25 16,5 +9,7 +143 0,07 +0,05 250 3 23 -62 -73 13,5 -6,7 +99 0,06 +0,04 200 4 0 -85 100 0,0 -6,8 -100 0,00 -0,02 100 5 0 -85 100 0,0 -6,8 -100 0,00 -0,02 100 НСР05 4 11 1,0 14 0,01 15

В целом исследования по созданию почвенных субстратов на основе жо-

ма позволяют сделать следующие выводы: • включение в состав субстрата как свежего, так и кислого жома на фоне дефеката способствовало увеличению фитомассы опытной культуры, однако при возрастании дозы отхода свыше 500 г/кг почвы указанное положительное действие существенно снижается;

• при выращивании пшеницы на субстратах, приготовленных без ней-трализующих материалов, в ряде случаев было отмечено явное угне-

77

тение опытной культуры (вплоть до ее полной гибели), причем отри-цательный эффект от свежего жома проявился только при максималь-ной дозе применения отхода, в случае же кислого жома уже вторая опытная доза оказалась токсичной для растений;

• правильно подбирая дозу внесения жома, а также сопутствующие аг-рохимические мероприятия, можно регулировать уровень потенциаль-ной опасности, связанный с утилизацией данного вида отхода.

Обобщение результатов экспериментов по изучению субстратов на осно-

ве жома показывает, что регулируя дозы внесения отхода и подбирая сопутст-вующие мелиоративные мероприятия, можно не только предотвратить потен-циальные негативные последствия утилизации жома, но и получать дополни-тельную прибавку урожая сельскохозяйственных культур.

Однако следует подчеркнуть, что представленные выше эксперименты носят поисковый характер и позволяют говорить лишь о принципиальной воз-можности использования жома в качестве органического удобрения.

Для разработки технологии его утилизации необходимо провести серию вегетационных, вегетационно-полевых, полевых и производственных опытов, где должны быть решены следующие вопросы:

• определение максимальной разовой дозы внесения отхода, безопасной для окружающей среды;

• установление степени влияния жома на урожайность, качество и безопас-ность сельскохозяйственных культур, возделываемых в зоне планируемой утилизации;

• поиск оптимального места внесения жома в севообороте; • изучение возможности (или необходимости) сочетания утилизации жома с проведением других агрохимических мероприятий (например, с внесе-нием минеральных удобрений);

• оценка воздействия утилизации жома на окружающую среду (почвы, грунтовые и поверхностные воды и т.д.). При этом, как указывалось выше, параллельно должна быть разработана

технология безопасного хранения данного отхода, обеспечивающая получение продукта с заданными свойствами.

Барда спиртовая (послеспиртова)

Объектом исследования являлась барда спиртовая – отход производства ОАО «Спиртзавод Чугуновский» Нижегородской области.

Как показал анализ химического состава барды (раздел 2.1.2), данный ма-териал может рассматриваться в качестве удобрения. Концентрация сухого ве-щества, а также элементов питания растений в барде спиртовой значительно

78

ниже, чем в жоме свекловичном, хотя тип потенциального негативного воздей-ствия весьма схожий – и в том, и в другом случае он обусловлен высокой ки-слотностью и специфической микрофлорой отхода.

На первом этапе исследований определяли фитотоксичность непосредст-венно барды (т.е. для увлажнения семян в период прорастания использовали отход), а также ее разведений дистиллированной водой. Тест-культура – озимая пшеница. В связи с тем, что токсичность барды может зависеть от времени ее хранения, схема эксперимента предусматривала изучение свежего (с техноло-гической линии) и длительно хранившегося отхода. В качестве контроля для увлажнения семян использовалась дистиллированная вода (табл. 29).

29. Оценка фитотоксичности барды спиртовой

Вариант опыта

Количество семян,

проросших на 3 сутки

Энергия прорас-тания,

%

Количество семян,

проросших на 6 сутки

Всхо-жесть, %

Степень токсично-сти почвы

1.Контроль 48 96,0 49 98,0 - Барда спиртовая свежая - А

2. А 1:0* 17 34,0 33 66,0 3 3. А 1:1 40 80,0 46 92,0 0 4. А 1:3 38 76,0 41 82,0 1 5. А 1:5 42 84,0 44 88,0 1 6. А 1:10 45 90,0 45 90,0 0 НСР05 4 8,0 5 10,0

Барда спиртовая после длительного хранения (холодная) - В 7. В 1:0* 0 0 0 0 4 8. В 1:1 0 0 0 0 4 9. В 1:3 3 6,0 5 10,0 4 10.В 1:5 12 24,0 16 32,0 4 11.В 1:10 37 74,0 38 76,0 2 НСР05 8 16 7 14

* - соотношение «барда : дистиллированная вода»

Результаты оценки фитотоксичности барды показывают достаточно вы-сокий уровень негативного воздействия на тест-культуру как свежего материа-ла, так и прошедшего стадию хранения. При этом хорошо заметны различия между двумя видами барды.

В свежей барде уже при первом разбавлении (вариант А 1:1) негативный эффект был сведен к минимуму: энергия прорастания была несколько ниже, чем на контроле, но по истечении 6 суток разница между количеством пророст-ков на контроле и в вариантах с разбавленной бардой была на уровне ошибки опыта. Можно отметить отсутствие эффекта разбавления, отмечавшегося при увеличении соотношения «барда:вода» от 1:1 до 1:10.

79

Холодная (после длительного хранения) барда имеет более высокий уро-вень токсичности, что, очевидно, обусловлено накоплением токсичных соеди-нений в результате процессов анаэробного разложения материала, происходя-щего при его длительном хранении. Первые два варианта разбавления характе-ризуются отсутствием прорастания семян, в третьем негативный эффект был слабее. Только при максимальном уровне разбавления холодной барды токсич-ность материала снизилась до уровня, отмеченного для разведенной свежей барды. В то же время даже в варианте В 1:10 по сравнению с контролем имело место достоверное снижение как энергии прорастания, так и всхожести семян. При этом в вариантах с использованием изучаемого отхода наблюдалось ин-тенсивное развитие микрофлоры. Колонии микроорганизмов покрыли поверх-ность фильтровальной бумаги, а затем (к моменту определения всхожести) в ряде случаев – и растения.

При сравнении влияния барды и ее разведений на последующие стадии развития растений путем учета массы проростков и их средней длины (табл. 30) можно указать на уже отмеченный ранее эффект ингибирования их роста в ва-риантах А 1:0 и А 1:1.

30. Характеристика развития проростков в опыте по определению фитотоксичности барды спиртовой

Масса проростков Средняя длина № образца общая, г удельная, мг проростков, мм корней, мм

1. Контроль 2,75 50,0 30 58 Барда спиртовая свежая - А

2. А 1:0* 1,31 39,7 27 25 3. А 1:1 1,26 27,4 15 25 4. А 1:3 2,09 51,0 48 32 5. А 1:5 3,52 80,0 68 38 6. А 1:10 3,41 75,8 65 36

НСР05 0,49 8,3 4 7 Барда спиртовая после длительного хранения (холодная) - В

7. В 1:0* - - - - 8. В 1:1 - - - - 9. В 1:3 0,24 48,0 8 6 10.В 1:5 0,75 46,9 28 23 11.В 1:10 3,64 95,8 62 43

НСР05 0,19 12,4 9 5 В дальнейшем ситуация заметно изменилась: если вариант с трехкратным

разбавлением свежей барды был весьма близок к контролю, то в последующих разбавлениях состояние проростков было существенно лучше, чем на кон-трольном варианте как по их общей, так и по удельной массе. Учитывая, что

80

общее количество проростков в вариантах со свежей бардой было несколько меньше, их отличия от контроля по удельной массе еще более заметны – увели-чение составило 50-60 %.

Интересная закономерность прослеживается при сравнении длины проро-стков и корней. В контрольном варианте длина корней была практически в два раза выше длины проростка, в то время как в вариантах с трех-, пяти- и десяти-кратным разбавлением отмечено обратное отношение. Очевидно, это связано с тем, что в контрольном варианте отсутствовал привнос биогенных элементов (голодная среда), что заставило растения развивать корневую систему в ущерб самому проростку. В вариантах с указанными разведениями барды обеспечен-ность растений элементами питания, по-видимому, была существенно выше. Возможно также наличие стимулирующего эффекта, оказываемого компонен-тами свежей барды на растения.

Холодная барда по влиянию на рассматриваемые показатели сопоставима с вариантами со свежим материалом только при максимальном разведении, ко-торое в то же время превосходило вышеназванные по общей и удельной массе. Очевидно, что только при десятикратном разбавлении концентрация угнетаю-щих растения компонентов холодной барды снижается ниже предела фитоток-сичности, а полезные компоненты, напротив, находятся в количестве, доста-точном для развития проростков.

Таким образом, барда как свежая, так и после длительного хранения оказывает фитотоксический эффект на тест-культуру, который, однако, заметно снижается по мере увеличения степени разбавления исходного про-дукта. Токсичность барды повышается по мере ее хранения. В связи с этим, технология утилизации данного отхода в качестве удобрения (если целесооб-разность этого мероприятия будет установлена) должна предусматривать внесение в почву преимущественно (или максимально возможного количества) свежей барды.

Изучение влияния барды (свежей и после длительного хранения) на фи-томассу озимой пшеницы проводили в лабораторно-вегетационном опыте, в со-судах на 700 г почвы (табл. 31).

Оценка влияния свежей барды на всхожесть и состояние растений на шестые сутки проведения опыта показала отсутствие достоверных отличий ме-жду контрольным вариантом и всеми испытанными дозами барды, хотя при максимальной дозе изучаемого материала наметилась тенденция к снижению всхожести и высоты растений (табл. 32).

Отсутствие негативного эффекта, наблюдавшегося при определении фи-тотоксичности барды и ее растворов, в данном случае может быть связано со стерилизующей ролью почвы, микрофлора которой активно перерабатывает легкоминерализуемые компоненты барды.

81

31. Схема опыта № 2 и условное обозначение вариантов Условное обозначение вариантов

Содержание вариантов

1. Контроль - 2. Барда 1, 25 г Барда свежая, 100 т/га (25 г/сосуд) 3. Барда 1, 50 г Барда свежая, 200 т/га (50 г/сосуд) 4. Барда 1, 75 г Барда свежая, 300 т/га (75 г/сосуд) 5. Барда 1, 100 г Барда свежая, 400 т/га (100 г/сосуд) 6. Барда 2, 25 г Барда после длительного хранения,100 т/га(25г/сосуд) 7. Барда 2, 50 г Барда после длительного хранения, 200 т/га (50 г/сосуд) 8. Барда 2, 75 г Барда после длительного хранения, 300 т/га (75 г/сосуд) 9. Барда 2, 100 г Барда после длительного хранения, 400 т/га (100г/сосуд)

32. Влияние барды послеспиртовой на фитомассу яровой пшеницы Фитомасса** Высота

растений, см ± к контролю Вариант опыта

Взошло растений, шт.* 1* 2**

средняя, г г %

1. Контроль 83 104 192 9,74 - - 2. Барда 1, 25 г 79 100 192 8,97 - 0,77 - 8 3. Барда 1, 50 г 84 101 188 9,74 0 0 4. Барда 1, 75 г 86 91 185 9,44 - 0,30 - 3 5. Барда 1, 100 г 92 87 202 10,42 + 0,68 + 7 6. Барда 2, 25 г 80 80 180 7,08 - 2,66 - 27 7. Барда 2, 50 г 19 44 128 2,16 - 7,58 - 78 8. Барда 2, 75 г 11 39 122 1,31 - 8,43 - 86 9. Барда 2, 100 г 9 29 114 1,21 - 8,53 - 88

НСР05 11 14 29 1,04 16 * - шестой день проведения опыта; ** - пятнадцатый день проведения опыта

С другой стороны, определенный уровень содержания биогенных элемен-

тов и гумуса в почве маскирует ее питательный эффект, отмеченный в лабора-торных экспериментах, где, как указано ранее, проводилось сравнение барды с голодной средой (дистиллированная вода).

В вариантах с холодной бардой ситуация иная. Всхожесть растений на фоне минимальной дозы находилась на уровне контроля, однако при увеличе-нии дозы произошло резкое снижение всхожести опытной культуры. При этом заметно ухудшается и общее состояние посевов, индикатором которого являет-ся средняя высота проростков. При этом можно отметить, что в варианте с мак-симальной дозой свежей барды в фазе проростков имело место незначительное снижение всхожести, в то время как количество биомассы через две недели опыта указало на тенденцию увеличения урожайности.

82

Аналогичные результаты были получены в обсуждаемых ранее результа-тах лабораторного эксперимента. Увеличение дозы холодной барды дало от-четливое ухудшение состояния растений и снижение урожайности, что указы-вает на токсичность изучаемого материала.

Здесь, однако, уместно отметить два условия постановки данного экспе-римента, чтобы более адекватно трактовать полученные результаты:

• достаточно раннюю стадию развития растений, на которой опыт был за-вершен, что не позволило выявить особенности развития растений на удобренных вариантах в течение вегетационного сезона;

• тот факт, что культура была высеяна в почву сразу после внесения барды, т.е. почва не прошла период компостирования с изучаемым отходом, в ре-зультате чего токсичный эффект на растения мог быть значительно сни-жен, а, возможно, и сведен к нулю. Для полной же характеристики состояния фитоценоза культурных расте-

ний необходимо проведение более длительного эксперимента, который позво-лит дать более достоверную оценку удобрительной ценности барды и устано-вить оптимальные дозы ее внесения.

В дальнейшем на кафедре агрохимии и агроэкологии была проведена се-рия вегетационных опытов с зерновыми культурами, в рамках которых изуча-лись следующие аспекты:

• влияние возрастающих доз барды спиртовой на урожайность и качество яровой пшеницы и овса;

• эффективность совместного действия барды спиртовой и минеральных удобрений на фоне известкования и без него;

• продуктивность и экологическое состояние почвы с участка утилизации барды спиртовой (поля, где длительное время барда сливалась на поверх-ность почвы) и др. Результаты экспериментов подтвердили перспективность применения

барды спиртовой в качестве удобрения и необходимость разработки безопасной технологии ее утилизации.

Фугат – отход переработки барды спиртовой Объектом исследования являлся фугат, получаемый в процессе перера-

ботки барды спиртовой на ОАО «Арзамасспирт» Нижегородской области. Хи-мический состав фугата сходен с составом проанализированной выше барды и отличается несколько меньшей концентрацией основных элементов питания растений.

На первом этапе исследования были проведены эксперименты по опреде-лению фитотоксичности фугата и его различных разведений дистиллированной

83

водой. Схема исследований аналогична таковой в опытах с бардой, поэтому ниже приводятся только основные выводы:

• свежий фугат не обладает фитотоксичностью и стимулирует развитие растений, увеличивая массу проростков и их длину. По мере возрастания кратности разбавления изучаемого отхода водой положительный эффект снижается;

• фугат после длительного хранения оказывает острый фитотоксический эффект, который, однако, заметно снижается по мере увеличения степени разбавления исходного продукта. Наибольший интерес в данном случае представляет вторая часть исследо-

ваний – изучение влияния различных приемов внесения фугата на продуктив-ность зеленой массы озимой пшеницы, которое проводилось в вегетационном опыте (сосуды Митчерлиха на 5 кг почвы).

Схема опыта предполагала изучение собственно фугата (фугат чистый); фугата, нейтрализованного КОН и фугата, нейтрализованного NH4ОН. Нейтра-лизация проводилась с целью улучшения удобрительных свойств отхода, пла-нируемого к утилизации в сельскохозяйственном производстве, основным не-достатком которого, как было показано выше, является повышенная кислот-ность. В качестве нейтрализующих материалов были выбраны химические агенты, содержащие в своем составе основные элементы питания растений – азот и калий. В связи с этим при нейтрализации фугата не только снижалась степень его кислотности, но и увеличивалась питательная ценность. Объемы нейтрализующих материалов определяли опытным путем (доведением фугата до 6,8 единиц рН). На нейтрализацию каждых 100 мл фугата было затрачено 16 мл 1 n КОН и 17 мл 1 n NH4ОН.

Кроме этого, в опыте изучали возможность использования фугата в каче-стве основного удобрения и возможность внесения его в подкормки. Для ос-новного внесения использовали фугат после его длительного хранения, а для подкормок – свежий фугат. Оба приема использования в отношении данного отхода являются весьма актуальными, в связи с чем при постановке экспери-мента исходили из следующей гипотезы.

Основная масса фугата, накопленная в зимнее время года, может быть внесена весной под основную обработку почвы. В летнее время, когда длитель-ное хранение отхода при высоких температурах может сопровождаться разви-тием неблагоприятных микробиологических процессов, целесообразно исполь-зование свежего фугата для подкормок сельскохозяйственных культур. Фугат, накопленный в августе-сентябре, также может использоваться в качестве ос-новного удобрения под зяблевую обработку почвы. Причем на почвах легкого гранулометрического состава предпочтение следует отдавать весеннему, а на тяжелых – осеннему внесению фугата. Весеннее применение фугата, макси-

84

мально приближенное к началу вегетации культур, позволяет предотвратить непроизводительные потери биогенных элементов и, следовательно, сократить загрязнение ими окружающей среды. Однако внесение большого объема жид-кости в почву весной может привести к ее избыточному увлажнению и задерж-ке сроков сева (посадки) сельскохозяйственных культур. В связи с этим исполь-зование данного приема эффективно на легких почвах с хорошей водопрони-цаемостью и относительно низкой водоудерживающей способностью. Что же касается тяжелых почв, то вероятность потери из них биогенных элементов, внесенных осенью, невелика в силу их высокой емкости поглощения, а вот возможность их избыточного переувлажнения весной весьма очевидна.

Для имитации основного внесения перед набивкой вегетационного сосуда 400 мл фугата (данная величина приблизительно соответствует дозе 200 м3/га) перемешивали с 5 кг почвы. Посев озимой пшеницы осуществляли через неде-лю, когда почва в сосуде достигла физиологической спелости (изначально по-лученный субстрат характеризовался избыточным увлажнением).

Наблюдения за почвой в этот промежуток времени показали следующее: в сосудах, где был внесен нейтрализованный фугат, ее поверхность на 2е-3ьи су-тки покрылась колониями микроорганизмов, которые образовали белый плес-необразный налет. При этом наиболее интенсивный рост микрофлоры зафикси-рован в вариантах с внесением фугата, нейтрализованного NH4ОН. Поверх-ность сосудов, где отход не вносился или вносился без нейтрализатора, остава-лась чистой.

В каждый сосуд было высеяно по 50 растений. Через 8 дней после всхо-дов провели прореживание и в каждом сосуде оставили по 15 растений. Это ко-личество сохранилось и на момент уборки культуры.

Для вычленения влияния собственно основного внесения фугата на ско-рость нарастания биомассы озимой пшеницы через 18 дней после всходов часть вариантов опыта (контроль, фугат, фугат + КОН, фугат + NH4ОН) была убрана. На остальных вариантах осуществили три подкормки: на 18й, 28й и 38й день ве-гетации растений. Доза фугата при проведении каждой подкормки составляла 250 мл на сосуд (~ 120 м3/га).

Подкормку (орошение) жидкостью можно осуществлять различными способами: внося удобрения внутрипочвенно (данный метод наименее распро-странен из-за недостатка специализированной техники), распределяя жидкость по поверхности почвы (например, напуск по бороздам) и выливая ее сверху на вегетирующие растения (например, дождевание).

Поскольку способ подкормки во многом определяет ее эффективность, в схему опыта были включены варианты, имитирующие различные технологии:

• полив растений под корень (фугат I; фугат + КОН I; фугат + NH4ОН I) • полив сверху (фугат II; фугат + КОН II; фугат + NH4ОН II).

85

Причем, как и в случае основного внесения, для подкормки использова-лись фугат чистый и фугат нейтрализованный. В контрольном варианте вместо фугата использовалась дистиллированная вода.

Для стимулирования ростовых процессов на начальных этапах развития растений, как в контроле, так и во всех остальных вариантах опыта, была вне-сена стартовая доза минеральных удобрений по 0,1 г/кг почвы азота (раствор аммиачной селитры), фосфора (двойной суперфосфат) и калия (раствор хлори-стого калия). Полная схема опыта и условное обозначение вариантов приведе-ны в таблице 33.

33. Схема опыта и условное обозначение вариантов в опытах с фугатом

Содержание вариантов полив

Условное обозначение вариантов

основное внесение под корень дождеванием

Контроль NРК - - Фугат NРК; фугат - - Фугат + КОН NРК; фугат, нейтра-

лизованный КОН - -

Фугат + NH4ОН NРК; фугат, нейтра-лизованный NH4ОН

- -

Контроль I, II NРК дистиллированная вода Фугат I NРК; фугат фугат Фугат + КОН I NРК; фугат, нейтра-

лизованный КОН фугат, нейтра-лизованный

КОН

Фугат + NH4ОН I NРК; фугат, нейтра-лизованный NH4ОН

фугат, нейтрализован-ный NH4ОН

Фугат II NРК; фугат фугат Фугат + КОН II NРК; фугат, нейтра-

лизованный КОН фугат, ней-

трализован-ный КОН

Фугат + NH4ОН II NРК; фугат, нейтра-лизованный NH4ОН

фугат, ней-трализован-ный NH4ОН

Опыт проводился на светло-серой лесной легкосуглинистой почве. Дан-

ная почва широко распространена в районе планируемой утилизации отхода и характеризуется невысокой устойчивостью к антропогенным воздействия. Со-ответственно, на ней более рельефно проявятся как потенциальные удобри-

86

тельные свойства фугата, так и его возможное негативное влияние на почвенно-биотический комплекс. Исходная характеристика почвы на момент закладки опыта представлена в таблице 34.

34. Агрохимические свойства почвы на момент закладки опыта

Нг S Т Р2О5 К2О Гумус, %

рНKCl мг-экв./100 г

V, % мг/кг

1,75 5,00 2,0 12,9 14,9 87 289 119

Первые всходы растений появились на 5-6ые сутки после посева. Причем энергия прорастания семян (скорость появления проростков) и всхожесть (ко-личество проросших семян) заметно различались по вариантам опыта. Раньше всего всходы появились в варианте с внесением чистого фугата, здесь же отме-чалось наибольшее количество проростков (96-98 % от общего количества по-сеянных семян). С запозданием на 1-2ое суток появились всходы на вариантах с применением нейтрализованного фугата, причем в вариантах с использованием для нейтрализации КОН скорость появления и количество проростков было не-сколько выше, чем в случае использования NH4ОН. Позднее всего всходы поя-вились на контрольном варианте. По мере развития растений визуальная разни-ца между вариантами опыта несколько сгладилась.

Через 18 дней зеленая масса озимой пшеницы в части сосудов была убра-на и учтена. В оставшихся сосудах проведена подкормка согласно схеме опыта.

Характеристика фитомассы озимой пшеницы на момент уборки первой части опыта (варианты, в которых изучалось влияние основного внесения фуга-та на скорость нарастания зеленой массы опытной культуры) приведены в таб-лице 35.

35. Влияние основного внесения фугата на фитомассу озимой пшеницы Масса растений

общая удельная Высота растений

Варианты

г % к контро-лю

г % к кон-тролю

см % к кон-тролю

1. Контроль 3,70 - 0,25 - 15,7 - 2. Фугат 7,07 + 91 0,47 + 88 19,8 + 26 3. Фугат + КОН 5,55 + 50 0,37 + 48 17,3 + 10 4. Фугат + NH4ОН 3,30 - 11 0,22 - 12 17,5 + 11

НСР05 1,27 25 0,09 27 2,6 15

Результаты свидетельствуют, что внесение чистого фугата позволило практически вдвое увеличить урожайность зеленой массы опытной культуры по сравнению с контрольным вариантом. Внесение фугата, нейтрализованного

87

КОН, было менее эффективным по сравнению с внесением отхода в чистом ви-де. Тем не менее масса растений, убранных с варианта «Фугат + КОН», была существенно выше, чем на контроле (прибавка составила 50 %). И лишь вари-ант с использованием фугата, нейтрализованного NH4ОН, не отличался от кон-трольного. Отсутствие положительного эффекта на этом варианте может быть обусловлено следующими причинами: интенсивным развитием специфической микрофлоры, выделяющей токсичные для растений продукты жизнедеятельно-сти (именно здесь наблюдалось наиболее бурное развитие микроорганизмов на поверхности почвы) и токсическим действием иона аммония, в значительных количествах поступающего с фугатом. Тем не менее, говорить об отрицатель-ном действии фугата, нейтрализованного водным раствором аммония, на раз-витие растений некорректно, так как урожайность, полученная на данном варианте, не меньше, чем на контрольном.

Анализ морфологической характеристики фитомассы свидетельствует, что возрастание общей урожайности происходило не столько за счет увеличе-ния высоты растений, сколько за счет увеличения массы одного растения. Так, вариант с использованием чистого фугата был единственным, где высота рас-тений в среднем больше, чем на контроле. При этом прибавка к контролю со-ставила всего 26 %, в то время как масса одного растения здесь же выросла на 88 %. Растения на варианте с внесением в почву фугата, нейтрализованного КОН, по высоте существенно не отличались от растений контрольного вариан-та, зато по массе одного растения превышали последние на 48 %. Подобная тенденция в отношении озимых культур является весьма положительной, так как растения с относительно меньшей высотой, но большей массой, лучше подготовлены к перезимовке. Влияние совместного основного внесения фугата и подкормок им на фи-томассу озимой пшеницы может быть проиллюстрировано данными, приведен-ными в таблице 36.

36. Влияние основного внесения фугата и подкормок на фитомассу озимой пшеницы

Масса растений общая удельная

Высота растений

Варианты

г % к контро-лю

г % к контро-лю

см % к контро-лю

1. Контроль I, II 10,57 - 0,70 - 20,8 - 2. Фугат I 9,65 - 9 0,64 - 9 24,0 + 15 3. Фугат + КОН I 9,75 - 8 0,64 - 9 21,5 + 3 4. Фугат + NH4ОН I 9,35 - 11 0,62 - 11 21,3 + 2 5. Фугат II 7,32 - 31 0,51 - 27 20,8 0 6. Фугат + КОН II 7,37 - 30 0,49 - 30 19,7 - 5

88

7. Фугат + NH4ОН II 7,30 - 31 0,49 - 30 19,8 - 5 НСР05 1,92 22 0,13 22 2,4 11

После проведения полива в оставшихся опытных сосудах практически сразу же произошли заметные изменения в состоянии фитоценоза. В вариантах с использованием для подкормки чистого фугата (вар. 2, 5) произошло резкое увеличение скорости нарастания зеленой массы, было отмечено более раннее (по сравнению с остальными вариантами) начало фазы кущения. В вариантах с использованием нейтрализованного фугата после проведения подкормки дож-деванием на листьях растений появились округлые желтые пятна с темной се-рединой (что естественно сопровождалось некоторым замедлением роста) – по-вреждения растений типа ожогов.

После второго полива растения в вариантах с чистым фугатом замедлили рост. Усилился негативный эффект от полива дождеванием нейтрализованным фугатом: увеличилось количество пятен на листовой поверхности растений, нижние листья стали желтеть. Более того, некоторое количество пятен появи-лось и в вариантах, где подкормка нейтрализованным фугатом проводилась под корень. После третьего полива негативные изменения затронули растения вари-анта, где использовался чистый фугат для подкормки дождеванием. На расте-ниях также появились пятна и рост их замедлился.

Данные свидетельствуют, что урожайность вариантов, где полив производился под корень, существенно не отличается от контроля. Причем на эффективность подкормки не повли-ял материал, который для нее использовался. В конечном счете, на вариантах с использованием чистого и нейтрализованного фугата урожайность сравнялась, хотя после первой подкормки явное преимущество имел вариант с чистым фугатом.

Урожайность зеленой массы пшеницы на вариантах, где полив проводил-ся дождеванием (вар. 6-8), почти на треть ниже, чем на контроле. Кроме этого, данные варианты существенно (в среднем на 23 %) уступают вариантам с поли-вом под корень. Причем, как и в предыдущем случае, конечный эффект не за-висит от материала, используемого для подкормки. Следует отметить, что тенденции, отмеченные в морфологии растений на фоне основного внесения фугата, несколько изменились при проведении под-кормок. Так, например, высота растений при подкормке чистым фугатом под корень существенно выше, чем на контроле. Между тем, масса одного расте-ния, а также общая урожайность пшеницы на этом варианте существенно не отличается от контрольного. Относительное снижение биомассы на вариантах, где подкормка осуществлялась дождеванием, происходит в основном не за счет уменьшения средней длины, а за счет уменьшения удельной массы растения. В целом проведенный эксперимент позволяет констатировать следующее: • внесение фугата в почву до посева растений (основное внесение с распреде-лением удобрения по всей массе почвы) увеличило урожайность опытной культуры, причем максимальный эффект был получен от применения чисто-го фугата (+ 91 % к контролю по зеленой массе). Данный факт подтверждает принципиальную возможность утилизации фугата в качестве удобрения;

89

• нейтрализация кислотности фугата снизила эффективность его использо-вания в качестве основного удобрения: вариант с внесением отхода, ней-трализованного NH4ОН, существенно не отличался от контроля. Однако данный факт не является достаточным основанием для признания нецелесо-образности нейтрализации исходного материала, так как отсутствие положи-тельного эффекта может быть связано с другими факторами, например, не-достатками использовавшейся технологии нейтрализации. Для решения дан-ной задачи необходимо проведение исследований по расширенной програм-ме, включающей изучение названных аспектов. Альтернативным вариантом снижения негативного влияния повышенной кислотности фугата на почву является использование отхода в чистом виде на фоне периодического из-весткования почв;

• подкормка под корень (прикорневая подкормка) как чистым, так и нейтра-лизованным фугатом не оказала влияния на количество фитомассы озимой пшеницы: урожайность на вариантах «Фугат I»; «Фугат + КОН I»; «Фу-гат + NH4ОН I» существенно не отличалась от контроля. В данном случае отсутствие отрицательного эффекта является основанием для признания воз-можности утилизации фугата в качестве удобрительного материала для под-кормки сельскохозяйственных культур. При этом следует отметить, что по-сле проведения первой подкормки чистым фугатом визуально наблюдался явный положительный эффект, который проявлялся в увеличении скорости и объемов нарастания зеленой массы опытных растений. И лишь проведение последующих подкормок снизило темпы данного процесса. Это позволяет констатировать: регулируя количество, периодичность подкормок и дозы утилизируемого материала можно получить увеличение урожайности сель-скохозяйственных культур. Кроме этого, эффективность подкормки будет во многом определяться биологическими особенностями культур;

• на фоне проведения подкормки дождеванием (внекорневая подкормка) уро-жайность опытной культуры снизилась на 30 % по сравнению с контроль-ным вариантом. Причем отрицательный эффект наблюдался уже после пер-вой подкормки, что не дает возможности рекомендовать применение фугата в подкормку способом дождевания, но позволяет признать достаточно пер-спективным способом подкормки полив под корень.

Использование фугата в качестве удобрения будет оказывать влияние не

только на продуктивность сельскохозяйственных культур, но и на свойства почвы. При этом возможны как позитивные (увеличение содержания элементов питания), так и негативные (подкисление, увеличение содержания тяжелых ме-таллов и т.д.) изменения характеристик почвенно-биотического комплекса.

Влияние применения фугата на свойства почвы показано в таблице 37.

90

37. Влияние фугата на агрохимические свойства почвы Содержание, мг/кг почвы Варианты Гумус,

% рНKCl

Р2О5 К2О 1. Контроль 1,73 4,95 285 106 2. Фугат 1,89 4,68 335 158 3. Фугат + КОН 1,91 5,85 316 197 4. Фугат + NH4ОН 1,94 4,76 347 134

НСР05 0,22 0,30 24 18 Следует отметить, что агрохимическая характеристика определялась на

вариантах опыта, где сочеталось основное внесение фугата и подкормок под корень. Именно здесь наибольшее количество отхода поступает в почву и, со-ответственно, возможные изменения характеристик будут проявляться наибо-лее рельефно.

Содержание гумуса во всех варианта находится на одном уровне (измен-чивость по вариантам не превышает ошибку опыта) и характеризуется как очень низкое. Несмотря на то, что с фугатом в почву поступают органические вещества, содержание общего углерода существенно не увеличивается. Это может быть обусловлено как незначительным количеством поступившей орга-ники, так и ее качеством (органические соединения отхода представлены в ос-новном легко минерализующимися фракциями). Следует отметить, что при та-ком содержании гумуса почвы будут характеризоваться малой устойчивостью к воздействиям, в том числе низкой кислотно-щелочной буферностью.

Почвы контрольного варианта характеризовались средней степенью ки-слотности. При использовании чистого фугата в качестве удобрения произошло незначительное их подкисление. Подобное изменение реакции не является принципиальным, так как почвы по-прежнему входят в группу среднекислых, хотя при систематическом внесении фугата процесс может принять значитель-но большие масштабы. В связи с этим при утилизации отхода в чистом виде обязательным мероприятием по устранению возможных негативных последст-вий, в частности, подкисления почв, следует считать известкование. Доза из-вести и периодичность известкования должны определяться с учетом конкрет-ных почвенно-климатических условий и технологии применения фугата.

Кроме этого, в любом случае (в т.ч. на фоне известкования) при внесении изучаемого отхода в почву возможно ее кратковременное локальное подкисле-ние. Это следует учитывать при подборе сельскохозяйственных культур, кото-рые будут выращиваться на площадях, используемых для утилизации фугата. В севооборот целесообразно включать культуры, которые устойчивы к повышен-ной кислотности почвы (из зерновых культур наименее требовательны к усло-виям произрастания, в т.ч. к степени кислотности, рожь и овес; из многолетних

91

злаковых трав – тимофеевка; из бобовых – люпин; а из овощных, кормовых и технических культур – гречиха и картофель).

Применение фугата, нейтрализованного КОН, способствовало сущест-венному снижению кислотности. Почва из разряда среднекислой перешла в группу с близкой к нейтральной реакцией среды. Подобное подщелачивание свидетельствует о том, что в процессе нейтрализации исходного фугата можно использовать меньшее количество КОН, что позволит снизить затраты на ней-трализацию и, вероятно, оптимизировать действие полученного материала на растения (используемый в опыте фугат, нейтрализованный КОН, по влиянию на продуктивность зеленой массы опытной культуры существенно уступал чис-тому фугату при его основном внесении).

Кислотность почвы на варианте с использованием фугата, нейтрализо-ванного NH4ОН, существенно не отличается от кислотности контроля (при этом принцип нейтрализации, независимо от соединения, используемого для этих целей – КОН или NH4ОН – был одинаков: доведение реакции фугата до 6,8 ед. рН).

Таким образом, фугат с одной и той же исходной реакцией среды, в за-висимости от реагента, используемого для нейтрализации, по-разному дейст-вовал на почву, в одном случае подщелачивая ее, а в другом – существенно не влияя на степень кислотности. Данный факт может быть обусловлен тем, что при нейтрализации фугата NH4ОН, последний, попадая в почву, подвергается процессу нитрификации, что вызывает ее подкисление. Известно, что даже при использовании в качестве удобрения аммиачной воды в чистом виде вслед за кратковременным подщелачиванием реакция почвы обычно сдвигается в сто-рону подкисления.

Кроме этого, дополнительное поступление азота в почву с фугатом, ней-трализованным NH4ОН, может привести к ухудшению экологической ситуации в агроэкосистеме. Особенно велика вероятность этого при использовании дан-ного материала для подкормок сельскохозяйственных культур, когда при по-верхностном внесении могут происходить газообразные потери данного эле-мента. Кроме этого, ион аммония при определенных концентрациях может приводить к угнетению сельскохозяйственных культур, особенно на начальных стадиях их развития. В связи с этим использование NH4ОН для нейтрализации фугата следует признать менее перспективным, чем использование КОН.

Содержание подвижного фосфора на контрольном варианте было очень высоким. Использование фугата как чистого, так и нейтрализованного, позво-лило существенно его увеличить. Аналогичная ситуация наблюдается и в от-ношении калия, причем максимальная его концентрация обнаружена на вари-анте с применением фугата, нейтрализованного КОН. Данная тенденция под-тверждает, что фугат не только является источником элементов питания расте-

92

ний, но и, очевидно, способствует мобилизации почвенных запасов фосфора и калия.

Оценку санитарно-токсикологической безопасности утилизации фугата проводили с учетом концентрации тяжелых металлов в почве (табл. 38).

38. Валовое содержание тяжелых металлов в почвах опыта, мг/кг

Варианты Свинец Кадмий Медь Цинк Никель Хром 1. Контроль 6,23 0,22 6,19 22,89 14,04 11,95 2. Фугат 6,94 0,27 5,96 23,67 14,74 11,10 3. Фугат + КОН 7,01 0,28 6,02 23,24 14,44 11,68 4. Фугат + NH4ОН 7,43 0,28 6,25 23,70 14,12 11,37

НСР05 0,65 0,02 0,57 0,70 0,75 0,86 ОДК 65 1,0 66 110 40 90

Результаты свидетельствуют, что почва контрольного варианта имела

благоприятную санитарно-гигиеническую характеристику: содержание тяже-лых металлов было существенно ниже ПДК. Применение фугата способствова-ло увеличению содержания в почве свинца и цинка, то есть тех элементов, кон-центрация которых в отходе максимальна. Однако отмеченное увеличение не привело к ухудшению качества почвы, так как даже наибольшие из отмеченных концентраций (для свинца – 7,43; для цинка – 23,70 мг/кг) практически на по-рядок ниже ПДК. Кроме этого, на фоне применения фугата несколько выросло содержание кадмия в почве.

Следует, однако, отметить, что растения в рассматриваемом модельном эксперименте не прошли полный цикл развития (опытная культура была убрана в фазу кущения). Соответственно, баланс данных элементов в реальных усло-виях будет складываться несколько иначе: возрастут его расходные статьи за счет выноса элементов с урожаем, в связи с чем увеличение содержания их в почве будет идти значительно меньшими темпами. Особенно четко это будет проявляться в отношении цинка, в котором сельскохозяйственные растения ис-пытывают определенную потребность. Помимо этого, в эксперименте создава-лись жесткие условия и доза внесения фугата существенно превысила объемы, планируемые к утилизации в производстве (необходимо подчеркнуть, что ука-занные тенденции справедливы и в отношении основных элементов питания растений (фосфора и калия), то есть темпы их аккумуляции в естественных ус-ловиях будут ниже, чем в опыте).

Поступление металлов в растения зависит не столько от общей их кон-центрации в почве, сколько от наличия в ней подвижных их форм (табл. 39).

Обращает на себя внимание низкое содержание подвижных форм тяже-лых металлов как в почве контрольного варианта, так и на фоне применения фугата. Некоторое увеличение концентраций при внесении отхода отмечено в

93

отношении свинца и кадмия. Причем произошло именно увеличение содержа-ния подвижных форм, а не возрастание степени подвижности металлов, чего можно было ожидать, исходя из свойств фугата (в частности, его повышенной кислотности).

39. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах опыта, мг/кг

Варианты Свинец Кадмий Медь Цинк Никель Хром 1. Контроль 0,60 0,06 0,20 0,75 0,57 0,20 2. Фугат 0,95 0,09 0,18 0,80 0,59 0,17 3. Фугат + КОН 0,74 0,09 0,21 0,79 0,60 0,22 4. Фугат + NH4ОН 0,90 0,10 0,24 0,82 0,65 0,21

НСР05 0,06 0,01 0,04 0,09 0,08 0,04 ПДК 6,0 - 3,0 23,0 4,0 6,0

Таким образом, разовое внесение (основное и подкормки) высокой дозы

фугата не привело к значимому ухудшению санитарно-гигиенических характе-ристик почвы. Тем не менее, выявленная тенденция увеличения содержания свинца, цинка и кадмия является основанием для рекомендации осуществления экологического мониторинга почв, а также контроля качества и безопасности сельскохозяйственной продукции на участке утилизации фугата.

Важнейшими параметрами, с помощью которых можно оценить состоя-

ние почвенно-биотического комплекса, являются показатели биологической активности почвы. Их преимущество заключается в том, что они характеризу-ются высокой чувствительностью и быстрой реакцией на негативные внешние воздействия. В связи с этим при определении возможности утилизации фугата в качестве удобрения была произведена оценка влияния данного материала на некоторые показатели биологической активности почв (табл. 40). Поскольку данные показатели являются весьма чувствительными и к состоянию расти-тельности, анализ выполняли для всех вариантов опыта.

Дыхание почвы – это интегральный показатель, который характеризует интенсивность протекания микробиологических процессов и определяется по количеству углекислого газа, продуцируемого почвой за единицу времени.

Во всех случаях оно характеризовалось очень низкими значениями, что может быть обусловлено неблагоприятными для протекания микробиологиче-ских процессов погодными условиями в период отбора образцов (при темпера-туре воздуха, близкой к 00 С). Тем не менее, даже на фоне низких абсолютных значений выявлено существенное влияние фугата на данный показатель. Так, использование отхода в чистом виде (основное внесение и поливы под корень) практически вдвое увеличило скорость выделения углекислоты почвой. Фугат, нейтрализованный КОН, также вызвал повышение активности дыхания, однако

94

в меньшей степени, чем на предыдущем варианте. Использование же отхода, нейтрализованного NH4ОН, напротив, снизило протекание микробиологиче-ских процессов.

40. Влияние фугата на биологическую активность почвы

Активность Варианты

Дыхание, мг СО2 / 10 г/24 ч

каталазы, см3 О2/г/мин

инвертазы, мг глюкозы/г/24 ч

1. Контроль 1,63 2,13 111 2. Фугат I 3,55 4,10 119 3. Фугат + КОН I 2,64 3,03 198 4. Фугат + NH4ОН I 1,28 2,05 186 5. Фугат II 1,68 5,60 112 6. Фугат + КОН II 1,54 4,25 154 7. Фугат + NH4ОН II 1,06 2,35 197

НСР05 0,15 0,28 14

Дыхание почв на вариантах опыта с проведением подкормок дождевани-ем во всех случаях значительно ниже (на 40-50 %), чем на одноименных вари-антах с проведением полива под корень. Однако тенденции, выявленные в пре-дыдущем случае, справедливы и здесь: максимум выделения углекислоты при-ходится на вариант с использованием чистого фугата, минимум – с использова-нием отхода, нейтрализованного NH4ОН. При этом дыхание почвы на вариан-тах «Фугат II» и «Фугат+КОН II» находится на уровне контроля. Несколько иные тенденции выявлены в отношении активности каталазы – фермента, относящегося к классу оксидоредуктаз и катализирующего реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Если интен-сивность дыхания определялась способом проведения подкормки, то каталазная активность практически не зависела от этого фактора. Определяющую роль в данном случае играл материал, используемый в качестве удобрения. Так, вне-сение чистого фугата и фугата, нейтрализованного КОН, существенно повыша-ло значение рассматриваемого показателя по сравнению с контролем. Приме-нение же отхода, нейтрализованного NH4ОН, не повлияло на величину каталаз-ной активности почв. В целом уровень активности данного фермента на вари-антах «Фугат» и «Фугат + КОН» был средним, а на контроле и варианте «Фугат + NH4ОН» – низким.

Важнейшим ферментом, широко используемым при оценке биологиче-ской активности почвы, является инвертаза, которая катализирует реакцию гидролиза сахарозы на глюкозу и фруктозу. Уровень инвертазной активности отражает содержание в почве легкогидролизуемых углеводов.

Как показали проведенные исследования, использование нейтрализован-ного фугата существенно повышало уровень активности этого фермента. Вари-

95

анты с внесением чистого фугата по значению данного показателя практически не отличались от контроля. Максимальное значение инвертазной активности отмечено на варианте «Фугат + NH4ОН II».

Таким образом, показатели биологической активности в зависимости от их специфики по-разному реагировали на использование фугата в качестве удобрения. В большинстве случаев на фоне внесения отхода происходило уве-личение биологической активности почвы, причем диапазоны варьирования показателей по вариантам не выходили за границы, характерные для исполь-зуемого в опыте типа почв.

В завершении следует еще раз подчеркнуть, что • использование фугата привело к существенному увеличению содержания

подвижных форм фосфора и калия в почве; • на фоне применения чистого фугата отмечена тенденция к некоторому

подкислению почвы. Несмотря на то, что подкисление в опыте было не-существенным, в реальных условиях на фоне систематической утилиза-ции отхода данный процесс может приобрести более значимые масштабы. Решение проблемы возможно двумя путями: 1) предотвращение подкис-ления почвы путем нейтрализации фугата (причем установлено, что ис-пользование в качестве нейтрализующего агента КОН является более пер-спективным, чем использование NH4ОН); 2) устранение подкисления пу-тем проведения известкования почвы;

• разовое внесение (основное и подкормки) высокой дозы фугата не привело к значимому ухудшению санитарно-гигиенических характеристик почвы. Тем не менее, выявленная тенденция увеличения содержания свинца, цинка и кадмия является основанием для рекомендации осуществления экологического мониторинга почв, а также контроля качества и безопас-ности сельскохозяйственной продукции на участке утилизации фугата;

• на фоне внесения фугата снижения показателей биологической активно-сти почвы не наблюдалось.

Фосфорсодержащие шламы

химической промышленности Применение промышленных отходов в качестве минеральных удобрений,

помимо прогнозируемого удобрительного эффекта, может вызвать и ряд реак-ций почвенно-биотического комплекса, которые могут расцениваться как нега-тивные. Чаще всего это обусловлено тем, что технологические процессы стано-вятся причиной аккумуляции в отходах минеральных комплексов, соединений, ассоциаций элементов, в совокупности вызывающих реакции почвенных орга-низмов и растений, которые не могут прогнозироваться при рассмотрении ис-ключительно элементного состава отходов.

96

Так, например, в качестве негативных процессов, приводящих к подоб-ным реакциям, могут быть рассмотрены следующие.

Изменение реакции почвенного раствора Как показали рассмотренные выше данные (раздел 2.1.3), изучаемые шла-

мы имеют слабощелочную реакцию, которая не является оптимальной для ряда растений и микроорганизмов, адаптированных к естественным почвам с реак-цией среды 4,5-5,5 единиц рН (дерново-подзолистые, светло-серые лесные). Очевидно, что хотя применение шламов в планируемых дозах не может оказать заметного подщелачивающего воздействия на почвенный покров, нельзя ис-ключать их локального воздействия на зону прорастания семян, что может ог-раничить всхожесть и энергию прорастания растений, в дальнейшем приводя к снижению урожайности культур.

Воздействие ассоциаций токсичных элементов В составе шламов содержатся элементы, являющиеся токсичными для ор-

ганизмов (никель, хром). Кроме того, токсическим эффектом могут обладать элементы и соединения, концентрации которых не определялись в ходе анализа химического состава шламов. При формировании ассоциаций элементов и со-единений возможны эффекты антагонизма, аддитивности и синергизма. Нега-тивное воздействие первого из них связано с нарушением поступления элемен-тов минерального питания растений в присутствии иона-антагониста. В частно-сти, избыток двухвалентных катионов (к которым относится и большинство тяжелых металлов), например, никеля, ведет к ограничению поступления в рас-тения микроэлементов, находящихся в минимуме (медь, цинк).

Эффект аддитивности представляет собой суммирование токсического действия отдельных элементов и соединений, по отдельности не представляю-щих опасности для биологических объектов, а явление синергизма связано с взаимным усилением поступления токсичных элементов и соединений в расте-ние. В частности, элементы определенной группы периодической системы ока-зывают синергическое воздействие на поступление в растение элементов со-седних групп (свинец - алюминий, медь - цинк). Кроме того, элементы опреде-ленной группы с незаполненной внешней электронной оболочкой проявляют синергизм по отношению к элементам группы, внешняя оболочка которых до-страивает оболочку первых до заполненной (медь - хлор, цинк - сера). В ре-зультате при совместном действии происходит усиление или ослабление эф-фекта, производимого отдельными элементами и соединениями.

В связи с этим была проведена оценка фитотоксичности шламов методом водной вытяжки. Тест-культуры – яровая пшеница, салат. В качестве контроля для увлажнения семян использовалась дистиллированная вода. Вторым контро-лем являлся вариант, в котором к дистиллированной воде добавлялись удобри-тельные смеси в соответствии с методикой Прянишникова.

97

Результаты, полученные в экспериментах по оценке фитотоксичности изучаемых фосфорсодержащих шламов, позволили сделать следующее заклю-чение:

• шламы не влияют на всхожесть и энергию прорастания семян обеих тест-культур;

• растворимая фракция шламов оказывает стимулирующее и удобряющее воздействие на проростки салата и яровой пшеницы, способствуя их зна-чительному росту по сравнению с контрольными вариантами. На следующем этапе программа исследований предусматривала изучение

влияния шламов на растения при внесении их в почву в сочетании с различны-ми видами минеральных удобрений, применяемыми для оптимизации баланса вносимых элементов питания.

Для приготовления субстратов были взяты: • песок, обработанный раствором соляной кислоты с последующей промыв-кой дистиллированной водой с целью устранения подвижных соединений элементов;

• пахотный горизонт светло-серой лесной легкосуглинистой почвы с низким содержанием гумуса и средним содержанием подвижного фосфора и обмен-ного калия. В опыте с песчаной культурой изучались три варианта:

1) Контроль (внесение питательных элементов по схеме Прянишникова); 2) Шлам № 1 (раствор шлама с добавлением питательных солей с целью оп-тимизации баланса элементов питания);

3) Шлам № 2 (раствор шлама с добавлением питательных солей с целью оп-тимизации баланса элементов питания). Схема внесения шламов и удобрительных растворов в песчаной культуре

приведена в таблице 41. Схема изучения фосфорсодержащих шламов в почвенной культуре со-

стояла из следующих вариантов: 1) Контроль (без удобрений); 2) Шлам 1 (из расчета 0,2 г Р2О5/кг почвы); 3) Шлам 2 (из расчета 0,2 г Р2О5/кг почвы); 4) Шлам 1 + K2SO4 (0,2 г К2О/кг почвы); 5) Шлам 2 + K2SO4 (0,2 г К2О/кг почвы); 6) Шлам 1 + NH4NO3 (0,2 г N/кг почвы); 7) Шлам 2 + NH4NO3 (0,2 г N/кг почвы); 8) Шлам 1 + K2SO4 (0,2 г К2О/кг почвы) + NH4NO3(0,2 г N/кг почвы); 9) Шлам 2 + K2SO4 (0,2 г К2О/кг почвы) + NH4NO3(0,2 г N/кг почвы).

98

41. Внесение удобрений в песчаную культуру, г/сосуд Контроль Шлам 1 Шлам 2

NH4NO3 0,12 0,12 0,12 MgSO4 0,03 -* -

KCl 0,08 0,08 0,08 FeCl3 0,0125 - -

CaSO4×2H2O 0,172 - - CaHPO4×2H2O 0,086 - -

Шлам 1 - 0,233** - Шлам 2 - - 0,55 * - в вариантах 2 и 3 некоторые элементы исключались из питательной смеси в связи с их наличием в исследованных шламах; ** - доза шлама рассчитывалась, исходя из содержания подвижного фосфора в шламах, эквивалентно количеству, содержащемуся в среде Прянишникова. В качестве тест-культур в опытах использовали яровую пшеницу и салат.

Результаты, полученные в песчаной культуре, представлены в таблице 42.

42. Фитомасса растений в опыте с песчаной культурой, г/сосуд Пшеница Салат

± к контролю ± к контролю

Вариант среднее г %

среднее г %

1 5,8 - - 5,6 - - 2 5,7 - 0,1 -1,7 5,9 + 0,3 +5,4 3 5,7 - 0,1 -1,7 6,3 + 0,7 +12,5

НСР05 Fфакт< Fтеор Fфакт< Fтеор

Зеленая масса обеих культур, выращенная в течение трехнедельного экс-перимента, по всем вариантам была практически одинаковой, что свидетельст-вует о крайне слабых отличиях, имеющих место между средой Прянишникова и растворами, приготовленными на основе шламов, что подтверждает пита-тельную ценность последних.

Опыт с почвенной культурой показал следующее (табл. 43). Внесение в почву шламов в большинстве случаев было эффективным.

Исключение составляют варианты № 2 и № 3 с пшеницей, где отсутствие по-ложительного эффекта может быть обусловлено нехваткой других элементов питания (закон Либиха). Как известно, на светло-серых лесных почвах в первом минимуме находится азот. В связи с этим урожайность культур ограничивается именно этим элементом, а дополнительное внесение других элементов питания, даже в высоких дозах, не оказывает желаемого воздействия. Наибольший эф-фект от внесения изучаемых шламов был получен при совместном их внесении с азотными и калийными удобрениями.

99

43. Фитомасса растений в опыте с почвенной культурой, г/сосуд Пшеница Салат

± к контролю ± к контролю

Вариант среднее г %

среднее г %

1 10,4 - - 4,9 - - 2 10,3 - 0,1 +1 6,4 +1,5 +30,6 3 10,5 +0,1 +1 8,9 +4,0 +81,6 4 12,0 +1,6 +15 10,2 +5,3 +108,2 5 11,2 +0,8 +8 9,0 +4,1 +83,7 6 11,4 +1,0 +10 8,8 +3,9 +79,6 7 11,7 +1,3 +13 8,6 +3,7 +75,5 8 15,7 +5,3 +51 11,6 +6,7 +136,7 9 16,2 +5,8 +56 10,9 +6,0 +122,4

НСР05 0,7 1,4

Таким образом, опыты с песчаной и почвенной культурами позволяют сделать следующее заключение:

• внесение в почву шлама без дополнительных доз азотных и калийных удобрений не позволяет получить дополнительную прибавку урожая зе-леной массы зерновой культуры (яровая пшеница), в отличие от листовой культуры, где имела место дополнительная прибавка фитомассы;

• наиболее эффективное применения фосфорсодержащих шламов связано с совместным внесением этих веществ с азотными и калийными удобре-ниями, что позволило оптимизировать соотношение биогенных элемен-тов для конкретной культуры в соответствии с ее потребностями;

• наряду с общим приростом фитомассы комплексное внесение шламов с калийными и азотными удобрениями улучшает морфологические показа-тели сельскохозяйственных культур;

• оба исследованных шлама при условии их эквивалентного внесения, в со-ответствии с индивидуальным содержанием водорастворимых фосфатов, равноценны при применении в качестве минеральных фосфорных удоб-рений. В дальнейшем на кафедре агрохимии и агроэкологии НГСХА была про-

ведена серия вегетационных опытов по изучению влияния фосфорсодержащих шламов на урожайность и качество зерновых культур, а также свойства светло-серой лесной почвы. Полученные результаты показали, что эффективность изу-чаемых отходов находится на уровне эффективности традиционных фосфорных удобрений. Их применение способствует некоторому снижению кислотности и увеличению содержания подвижных фосфатов в почве. Показатели биологиче-ской активности на фоне внесения шламов не изменяются по сравнению с кон-трольным вариантом.

100

В целом полученные результаты подтверждают перспективность прове-дения дальнейших исследований (полевых и производственных опытов) в дан-ном направлении с последующей разработкой безопасной технологии исполь-зования фосфорсодержащего шламового отхода предприятия по производству средств бытовой химии в качестве удобрения.

Вопросы для самоконтроля:

1. Составьте программу исследований по оценке фитотоксичности отходов предприятий, перерабатывающих растениеводческую и животноводческую продукцию

2. Приведите примеры оценки фитотоксичности отхода (с использование мате-риала данного учебного пособия или без него)

3. Составьте программу исследований по изучению влияния отходов на урожай-ность культурных растений

4. Приведите примеры оценки влияния отходов на урожайность отдельных куль-тур (с определением элементов структуры урожая)

5. Составьте программу исследований по разработке технологии использования отходов (на примере любого из рассмотренных в данном учебном пособии) в земледелии АПК РФ

6. Назовите основные агротехнические и агрохимические способы, позволяющие снизить кислотную нагрузку на почву при утилизации в агроэкосистеме боль-ших объемов отходов с очень кислой реакций

7. Составьте схему исследований (и приведите примеры) по оценке влияния от-хода на санитарно-гигиеническую характеристику почвы

8. Оцените возможность использования показателей биологической активности почвы при внедрении разработанной авторами технологии утилизации отхода в растениеводстве

9. Охарактеризуйте основные негативные процессы, происходящие в почвенно-биотическом комплексе при утилизации фосфорсодержащих шламов химиче-ской промышленности

10. Рассчитайте объемы поступления тяжелых металлов в почву при утилизации в агроэкосистеме определенных количеств отхода с заданной характеристи-кой 2.2.3. Примеры использования расчетных показателей для прогноза влияния отходов на компоненты окружающей среды При оценке потенциального воздействия отходов на компоненты окру-

жающей среды часто используется расчетный метод, который дает представле-ние о возможных количественных масштабах того или иного процесса. Как правило, расчеты являются достаточно условными и не учитывают всю слож-ность природной системы. Тем не менее, на определенном этапе они вполне пригодны для оценки опасности, связанной с утилизацией отходов в агроэкоси-стеме.

101

Наиболее часто расчетные методы используются при определении ки-слотной нагрузки на почву, а также при оценке возможности загрязнения почв тяжелыми металлами. В обоих случаях для решения задачи необходимы сведе-ния о химическом составе и свойствах отходов, а также характеристика почв района планируемой утилизации.

Расчет критической кислотной нагрузки на почву

при утилизации творожной сыворотки Объектом исследования являлась творожная сыворотка – отход производ-

ства ОАО «Молочное дело» Шумерлинского района Чувашской Республики. Территория, на которой предполагается ее утилизация, расположена в северной части Приволжской возвышенности (Присурье) и относится к лесостепной зоне черноземных и темно-серых лесных почв. На территории встречаются три под-типа черноземов: оподзоленные, выщелоченные и типичные. Важнейшими особенностями химического состава рассматриваемых почв являются богатство их гумусом, биогенная аккумуляция в гумусовом слое элементов питания рас-тений, относительная однородность валового состава минеральной части по профилю, иллювиальный характер распределения карбонатов и выщелочен-ность профиля от легкорастворимых солей. Богатство темно-серых лесных почв и черноземов гумусом, интенсивная миграция биогенного кальция определяют их благоприятные физико-химические свойства: высокую емкость поглощения (30-70 мг-экв./100 г почвы), высокую насыщенность поглощающего комплекса основаниями, близкую к нейтральной реакцию верхних горизонтов и высокую буферность. По некоторым оценкам критическая кислотная нагрузка на них может варьировать в диапазоне от 100 до 10000 кмоль/км2 за год.

При внесении в почву 100 т творожной сыворотки, имеющей актуальную кислотность 4,4 ед. рН, на 1 га поступает 3,98 моль Н+. Емкость катионного обмена для рассматриваемых типов почв составляет обычно не менее 30 мг-экв/100 г. В пересчете на массу пахотного слоя (в среднем 3000 т) значение данной величины составляет соответственно 9×105 г-экв. Степень насыщенно-сти основаниями рассматриваемых почв обычно не ниже 95 %. В таком случае кислотная нагрузка, обусловленная внесением сыворотки, составит дополни-тельно не более 4,42×10-4 % (т.е., не более одного процента) от общей емкости катионного обмена, что не вызовет заметного снижения степени насыщенности основаниями.

Сопоставляя количество поступающих ионов водорода с приведенной выше критической кислотной нагрузкой, можно сделать вывод о допустимо-сти данной антропогенной нагрузки, т.е. внесения в почву творожной сыво-ротки молокозавода.

102

Для количественной оценки кислотно-щелочной буферности почв из зо-ны предполагаемой утилизации были отобраны средние образцы почв, физико-химическая характеристика которых представлена в таблице 44.

44. Физико-химические показатели почв зоны предполагаемой утилизации Номер образца

рНКС1 Нг, мг-экв/100 г

S, мг-экв/100 г

Т, мг-экв/100 г

V, %

1 6,8 0,8 30,4 31,2 97,4 2 6,9 0,7 33,8 34,5 98,0 Данные свидетельствуют, что исследуемые почвы характеризуются ней-

тральной реакцией среды, низкой гидролитической кислотностью и высокой степенью насыщенности основаниями.

Аналитический метод определения кислотно-щелочной буферности почв показал, что для сдвига величины рН на одну единицу необходимо добавление в почву не менее 23 ммоль Н+ на 1 кг. Тогда для сдвига величины рН в массе пахотного слоя на 1 га (3000 т) требуется 69 000 моль Н+. Такое количество ки-слотных агентов поступит в почву при утилизации на ней 17 337 т сыворотки. Ежегодные же объемы образования данного побочного продукта на предпри-ятии составляют 36 500 т.

Таким образом, расчеты показали, что даже при условии утилизации всей сыворотки, образующейся на предприятии за год, на одном гектаре, за-метного подкисления почвы не произойдет.

Расчет поступления тяжелых металлов в почву

с органическими отходами Расчет выполнен для фугата – отхода переработки барды спиртовой ОАО

«Арзамасспирт». Как было показано выше, в составе фугата присутствуют тяжелые метал-

лы, поступление которых в агроэкосистему может привести к ее загрязнению. Наибольшие концентрации характерны для свинца и цинка. Общие количества металлов, которые будут поступать в почву при утилизации 400 м3/га отхода в год (доза определена, исходя из годового объема образования отхода и площа-ди, имеющейся для утилизации), варьируют от 112 г/га для меди до 658 г/га для свинца.

Однако данные величины практически не позволяют судить о степени воздействия отходов на почву, поскольку последнее подразумевает и учет поч-венных свойств (по меньшей мере, массы пахотного слоя, то есть объема, в ко-тором будут распределяться поступившие токсиканты, а также исходный уро-вень загрязнения почвы). В связи с этим было рассчитано ежегодное поступле-ние металлов на каждый килограмм почвы пахотного слоя (табл. 45). Кроме

103

этого, определили количество лет, за которое содержание тяжелых металлов в пахотном слое возрастет на 1 мг/кг.

45. Характеристика фугата как источника поступления тяжелых металлов

Показатели Zn Cu Pb Cd Cr Ni Количество металлов, еже-годно поступающих в почву, г/га

652

112

728

120

148

188

Количество металлов, еже-годно поступающих в почву в расчете на 1 кг, мг*

0,217

0,037

0,243

0,040

0,049

0,063

Количество лет, необходимое для увеличения содержания металлов на 1 мг/кг почвы

4,6

27,0

4,1

25

20

15,9

*- с учетом массы пахотного слоя Расчеты свидетельствуют, что для увеличения содержания в почве на

1 мг/кг свинца, поступление которого с отходами наиболее значимо, понадо-бится более 4 лет. При этом представленные расчеты не учитывают расходные статьи баланса элементов – вынос их с растениями, потери с поверхностным и внутрипочвенным стоком и т.д. Вследствие этого реальный период времени может многократно превысить расчетный.

Для оценки потенциальной экологической опасности, связанной с посту-плением тяжелых металлов с фугатом в агроэкосистему, определили время, за которое содержание токсикантов в почвах, на которых будет осуществляться ежегодная утилизация отхода в дозе 400 м3, достигнет ОДК. При этом было сделано допущение: расходные статьи баланса тяжелых металлов полностью перекрываются за счет других источников (например, атмосферных выпаде-ний). В расчетах учитывали содержание металлов в почве, массу пахотного слоя, концентрации металлов в фугате (табл. 46).

46. Количество лет, за которое содержание тяжелых металлов в почве достигнет величины ОДК за счет поступления их с фугатом

Показатель Zn Cu Pb Cd Cr Ni Содержание металлов в почве, мг/кг

26,6 9,2 8,7 0,61 13,2 22,8

ОДК (ПДК), мг/кг 110 66 65 1,0 90 40 Время достижения ОДК (ПДК), годы 384 1535 232 10 1567 273

104

Результаты расчетов свидетельствуют, что искомый временной интервал оценивается в сотни и тысячи лет. Единственным металлом, содержание кото-рого в почве может превысить ОДК в обозримом будущем, является кадмий (период времени, необходимый для этого, составляет 10 лет). Это связано в ос-новном с высоким исходным содержанием данного элемента в почве. В связи с этим при утилизации фугата в качестве удобрительного материала необходимо осуществлять периодический контроль за содержанием кадмия в почве, а по мере приближения к допустимому значению менять участок утилизации с по-следующей рекультивацией предыдущего. Если же утилизацию осуществлять не ежегодно (за счет увеличения включенных в данную операцию площадей), то срок эксплуатации территории утилизации может существенно возрасти.

В целом же расчеты показали, что отход переработки барды послес-пиртовой (фугат) не является значимым источником поступления тяжелых металлов в почву, а содержащиеся в нем цинк, медь и марганец при имеющих-ся концентрациях следует относить к необходимым растениям микроэлемен-там, а не к токсикантам, способным вызвать нарушение нормального функ-ционирования почвенно-биотического комплекса.

2.3. Разработка безопасной технологии утилизации отходов в сельскохозяйственном производстве Безопасная технология утилизации отходов является важнейшим элемен-

том управления качеством окружающей среды. Ее разработка, а впоследствии – жесткое соблюдение, обеспечат получение безопасной продукции растениевод-ства, отсутствие негативного воздействия на компоненты агроэкосистемы и, следовательно, благоприятную санитарно-гигиеническую и экологическую об-становку на территории района утилизации.

Разработка безопасной технологии осуществляется как на этапе про-ектирования, так и на этапе функционирования предприятий. В первом случае данная технология является частью проектной документации, обосновывающей возможность осуществления намечаемой хозяйственной деятельности (в част-ности, строительства животноводческих и птицеводческих предприятий). Во втором случае необходимость ее периодической разработки, кроме вышена-званного, диктуют экономические причины.

Так, в соответствии с действующим природоохранным законодательст-вом РФ, любое предприятие, функционирование которого связано с влиянием на окружающую среду, осуществляет платежи за ее загрязнение, которые включают в себя плату за выброс загрязняющих веществ в атмосферу, за сброс загрязнителей в поверхностные и подземные водные объекты, а также плату за размещение отходов. Учитывая очень большое количество отходов, образую-щееся на животноводческих и птицеводческих предприятиях, именно послед-

105

нее чаще всего составляет основную статью расхода в плате за загрязнение. Например, для ОАО «Агрофирма «Птицефабрика Сеймовская» при накоплении отходов (помета) в количестве 48 000 т/год, плата за размещение с учетом ко-эффициентов по состоянию почвы экономического района (КП=1,5) и индекса-ции (КИ=1,65), а также базового норматива платы за размещение отходов чет-вертого класса опасности (248,4 руб/т) может достигать 29 509 920 рублей.

Однако в действующих нормативных документах предусмотрено, что плата за размещение отходов может не взиматься при условии их переработки или использования. Утилизация отходов в качестве удобрений трактуется как использование, при этом навоз, помет и т.д. переходят из разряда «отходы» в разряд «вторичные материальные ресурсы», их временное размещение в окру-жающей среде (за которое тоже взимается плата) рассматривается как этап под-готовки органического удобрения к внесению, в связи с чем достигается значи-тельное сокращение природоохранных платежей и, соответственно, существен-ный экономический эффект для предприятий.

С другой стороны, подобное положение может создать предпосылки для бесконтрольного внесения высоких доз органических отходов в агроэкосисте-ме, что приведет к развитию ряда негативных процессов, количественная и ка-чественная выраженность которых будет зависеть от вида удобрения, его доз и длительности применения, условий использования, свойств почвы, биологиче-ских особенностей выращиваемых культур и других факторов. Во избежание подобных последствий предприятия, производящие отходы, согласовывают ус-ловия их использования в качестве удобрений (безопасную технологию утили-зации) с государственными органами исполнительной власти, осуществляю-щими контроль и надзор в области природопользования и воздействия на ок-ружающую среду. И только при наличии подобного согласования плата за раз-мещение конкретного отхода в окружающей среде не взимается.

На территории Нижегородской области согласование осуществляется со следующими организациями:

• Межрегиональным территориальным управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по ПФО;

• Управлением Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарно-му надзору по Нижегородской области;

• ФГУ «Центр агрохимической службы «Нижегородский». Одним из обязательных и основных элементов указанных «условий ис-

пользования» или безопасной технологии является разработка лимитов на ути-лизацию отходов, то есть определение того их количества, которое можно ути-лизировать на конкретной площади в некоторый отрезок времени без ущерба для окружающей среды.

2.3.1. Определение лимитов на утилизацию отходов

106

В целях реализации Федерального Закона «Об отходах производства и

потребления» и во исполнение постановления Правительства РФ от 16 июня 2000 г. № 461 «О правилах разработки и утверждения нормативов образования отходов и лимитов на их размещение» были разработаны «Методические ука-зания по разработке проектов нормативов образования отходов и лимитов на их размещение», утвержденные приказом Министерства природных ресурсов РФ от 11 марта 2002 г., № 115. Данная методика рассчитана на индивидуальных предпринимателей и физических лиц, осуществляющих деятельность в области обращения с отходами, однако применение ее ограничивается, в основном, ус-ловиями промышленного производства. Кроме того, в предлагаемой методике речь идет о размещении отходов, в то время как утилизация отходов в качестве органического удобрения – это использование отхода.

В связи с этим применение данных методических рекомендаций при раз-работке лимитов на утилизацию отходов в земледелии является весьма пробле-матичным. Таким образом, стандартных методик, позволяющих решить выше-указанную задачу, в настоящий момент времени не существует. Накопленный нами опыт, а также проведенные научные исследования, позволяют предло-жить базовую методологию лимитирования применения отходов.

Под базовой методологией при этом понимается общий подход, позво-ляющий определить экологически приемлемые дозы внесения органических от-ходов различной природы (отходов животноводства, птицеводства, комму-нально-бытового хозяйства и т.д.) в земледелии. Предлагаемая методология прошла апробацию на практике и используется как на территории Нижегород-ской области, так и за ее пределами.

Процедура определения лимитов, по сути, представляет собою оценку предполагаемого воздействия органических отходов производства на окру-жающую природную среду и установление предельного (максимально воз-можного) количества отхода, утилизация которого в агроэкосистеме не при-ведет к нарушению сложившегося равновесия между ее компонентами и не ухудшит ее состояния.

Фактически, на основании имеющейся информации формируется прогноз и уже с помощью этого прогноза решается вопрос о допустимом к применению количестве органических отходов в качестве удобрений.

Разработка лимитов на утилизацию органических отходов включает в се-бя следующие ключевые моменты:

1) исходную характеристику района планируемой утилизации; 2) расчет объемов образования отходов; 3) прогноз возможных негативных последствий утилизации и введение ограничений;

107

4) определение лимита на утилизацию и (или) расчет площадей, необхо-димых для безопасной утилизации отхода.

Исходная характеристика района утилизации

Первым этапом разработки лимитов на утилизацию отходов является сбор и обработка исходных данных, которые должны включать в себя сведения о природной характеристике региона и состоянии компонентов агроэкосистемы в настоящий момент времени.

При этом оцениваются следующие параметры: • климатические (сумма активных температур, продолжительность безмо-розного периода, режим увлажнения, гидротермический коэффициент и т.д.) и почвенные (полное генетическое название почв, строение профиля, характеристика почвообразующих пород, основные свойства) условия;

• гидрогеологические условия (уровень залегания подземных вод, степень их защищенности с учетом свойств распространенных на территории почв и грунтов и т.д.);

• ландшафтная характеристика (рельеф территории, степень проявления эрозионных процессов, наличие природных водных объектов и их харак-теристика и т.д.)

• агрохимические (содержание гумуса, подвижных форм фосфора и калия, обменная и гидролитическая кислотность, емкость поглощения, сумма поглощенных оснований, степень насыщенности почвы основаниями) и санитарно-гигиенические (содержание тяжелых металлов) показатели почв района планируемой утилизации. Природная характеристика региона определяется по материалам государ-

ственных съемок: топографической, геологической, гидрогеологической, инже-нерно-геологической, почвенной, растительности, лесной таксации и т.д. Ис-пользуются также опубликованные и фондовые материалы научно-исследовательских и производственных организаций, проводящих геологиче-ские, гидрологические, ландшафтные, почвенные, эколого-географические, ме-дико-географические, ландшафтно-геохимические и прочие исследования.

Состояние компонентов ландшафта оценивается по данным экологиче-ского мониторинга, осуществляемого подразделениями Росгидромета, отрасле-вых и региональных мониторингов, докладам ежегодной экологической стати-стики, наблюдениям государственных природоохранных органов и т.д.

В случае недостатка информации по вышеназванным направлениям не-обходимо провести собственные изыскания (исследования) нужного объема и степени сложности.

108

Если на исследуемой территории уже длительное время осуществлялась утилизация отходов (актуально для построенных в 70е-90е годы крупных жи-вотноводческих и птицеводческих предприятий), необходимо привести сведе-ния о состоянии территории не только на момент разработки лимитов, но и провести оценку уже осуществленного воздействия (рассмотреть изменение ха-рактеристик состояния компонентов ландшафтов в ретроспективе; оценить на-правленность, скорость, степень проявления негативных процессов; решить во-прос о допустимости воздействия и т.д.). В данном случае прогнозирование бу-дущего воздействия осуществляется с использованием метода экстраполяций, то есть предполагается, что объект в будущем будет вести себя аналогично са-мому себе в прошлом (иными словами, выявленные тенденции экстраполиру-ются на будущее).

Кроме этого, необходимо иметь сведения о структуре посевных площа-дей, принятых в хозяйстве севооборотах, фактической и планируемой урожай-ности культур.

Расчет объемов образования отходов

Одним из ключевых моментов разработки безопасной технологии утили-зации отходов является расчет объема их образования, который производится на основе сведений о половозрастном составе животных и технологии их со-держания.

Основу органических отходов составляют экскременты животных (птиц), количество которых определяется видом, возрастом, типом кормления. Средне-суточный выход и влажность экскрементов от одного животного разных поло-возрастных групп при кормлении свиней полнорационными концентрирован-ными кормами на свиноводческих предприятиях приведены в таблице 47, а на предприятиях крупного рогатого скота – в таблице 48.

47. Суточный выход экскрементов свиней (НТП 17-99)

Состав экскрементов в том числе

Группы животных

Показатели всего

кал моча Хряки масса, кг 11,1 3,86 7,24 влажность, % 89,4 75,0 77,7 Свиноматки: - холостые масса, кг

влажность, % 8,8

90,0 2,46 73,1

6,34 97,5

- супоросные масса, кг влажность, %

10,0 91,0

2,6 73,1

7,4 98,3

- подсосные масса, кг влажность, %

15,3 90,1

4,3 73,1

11,0 96,8

Поросята (возраст, дней):

109

26-42 масса, кг влажность, %

0,4 90,0

0,1 70,0

0,3 96,7

43-60 масса, кг влажность, %

0,7 86,0

0,3 71,0

0,4 96,0

Продолжение таблицы 47

61-106 масса, кг влажность, %

1,8 86,1

0,7 71,4

1,1 96,3

Свиньи на откорме (масса, кг) до 70 масса, кг

влажность, % 5,0

87,0 5,05 73,0

2,95 96,7

более 70 масса, кг влажность, %

6,5 87,5

2,7 74,7

3,8 96,9

48. Суточный выход экскрементов крупного рогатого скота (НТП 17-99)

Состав экскрементов в том числе

Группы животных Показатели всего

кал моча Быки-проиводители масса, кг 40,0 30,0 10,0 влажность, % 86,0 83,0 95,0 Коровы масса, кг 55,0 35,0 20,0 влажность, % 88,4 85,2 94,1 Телята:

до 3 мес. масса, кг влажность, %

4,5 91,8

1,0 80,0

3,5 95,1

до 6 мес. на откорме до 4 мес.

масса, кг влажность, %

7,5 87,4

5,0 83,0

2,5 96,2

на откорме с 4 до 6 мес. масса, кг влажность, %

14,0 87,2

10,0 83,5

4,0 96,6

Молодняк: телки и нетели 6-12 мес. масса, кг

влажность, % 14,0 87,2

10,0 83,5

4,0 96,5

12-18 мес. масса, кг влажность, %

27,0 86,7

20,0 83,5

7,0 96,0

На откорме: 6-12 мес. масса, кг

влажность, % 26,0 86,2

14,0 79,5

12,0 94,1

старше 12 мес. масса, кг влажность, %

35,0 84,9

23,0 80,1

12,0 94,2

Количество помета, выделяемое птицей в сутки (в зависимости от вида и

возраста), следует принимать по таблице 49. Неразбавленный водой помет птиц способен усыхать:

110

• усушка помета взрослых кур, индеек и молодняка старше 60 дней при клеточном содержании составляет: через 12 часов – 13 %, через 24 часа – 27 %;

• усушка помета молодняка кур и индеек в возрасте 1-60 дней составляет: через 12 часов – 16 %; через 24 часа – 32 %;

49. Суточный выход экскрементов птиц (НТП 17-99) Группа птиц

Выход поме-та, /гол/сутки

Влажность помета, %

Объемная масса, т/м3

Взрослая птица Куры: - яичные родительского стада 189 71-73 0,6-0,7 - яичные промышленного стада 175 71-73 0,6-0,7 - мясные родительского стада 276-300 71-73 0,6-0,7 Индейки 450 64-66 0,6-0,7 Утки 423 80-82 0,7-0,8 Гуси 594 80-82 0,7-0,8

Молодняк ремонтный Куры яичные (возраст, недель):

1-4 24 66-74 0,6-0,7 5-9 97 66-74 0,6-0,7

10-12 176 66-74 0,6-0,7 Куры мясные (возраст, недель):

1-8 140 66-74 0,6-0,7 9-18(19) 184 66-74 0,6-0,7

19(20)-26 288 66-74 0,6-0,7 Индейки (возраст, недель):

1-17 378 70-72 0,6-0,7 18-33(34) 480 70-72 0,6-0,7

Гуси (возраст, недель): 1-3 330 76-78 0,7-0,8 4-9 480 76-78 0,7-0,8

10-30(27) 195 76-78 0,7-0,8 31(28)-34 495 76-78 0,7-0,8

Утки (возраст, недель): 1-7(8) 230 76-78 0,7-0,8

8(9)-21 210 76-78 0,7-0,8 22-26 234 76-78 0,7-0,8

8-21 (тяжелый кросс) 234 76-78 0,7-0,8 22-28 (тяжелый кросс) 253 76-78 0,7-0,8

Молодняк на мясо Цыплята-бройлеры (возраст, недель):

1-8 (в клетках) 135 66-74 0,6-0,7 1-9 (на полу) 158 66-74 0,6-0,7

111

Индейки (возраст, недель): 1-8 175 70-72 0,6-0,7

9-16 364 70-72 0,6-0,7 9-23 420 70-72 0,6-0,7

Продолжение таблицы 49

Гуси (возраст, недель): 1-3 352 76-78 0,7-0,8 4-9 480 76-78 0,7-0,8

Утки (возраст, недель): 1-8 230 76-78 0,7-0,8

• усушка помета кур и индеек (взрослых и молодняка при напольном со-держании) составляет 50 %; уток – 35 %. Кроме собственно экскрементов, в состав подстилочного навоза входит

подстилка, нормы внесения которой определяются видом животных, половоз-растной группой, системой из содержания (табл. 50).

50. Норма расхода подстилки, кг/гол. в сутки (ОНТП 1-17, ОНТП 5-80 и др.)

Вид животных

Солома злаков

Торф верховой

Опилки, стружка

Коровы молочных и молочно-мясных пород при боксовом или привязном содержании

0,5-1,5

6,0-10,0

3,0-4,0

Откормочное поголовье при боксовом или привязном содержании

1,0 3,0 3,0-4,0

Молодняк при беспривязном или привязном содержании

3,0 8,0 2,0

Телята в индивидуальных клетках 1,5 1,0 1,0 Коровы при беспривязном содержании на глубокой подстилке

5,0 10,0 4,0

Лошади 3,0-5,0 2,0-3,0 2,0-4,0 Овцы и козы 0,5-1,0 - - Свиноматки с поросятами 5,0-6,0 3,0-4,0 - Хряки 1,5-3,0 2,0-3,0 2,0-3,0 Свиньи на откорме 1,0-1,5 1,5-2,0 1,5-2,5 Поросята-отъемыши 0,5-1,0 0,5-1,0 1,0-1,5

Таким образом, суточный выход подстилочного навоза от одной головы в

сутки складывается из экскрементов животного и подстилки:

Мсут. п. = Мэкс. + Мподс., где

112

Мсут. п. – суточный выход подстилочного навоза от одного животного, кг в сутки; Мэкс. – суточный выход экскрементов от одного животного, кг в сутки; Мподс. – норма расхода подстилки, кг/гол. в сутки.

Объем выхода бесподстилочного навоза определяется количеством экс-крементов и добавляемой в них технологической воды. Содержание последней в основном зависит от способов удаления навоза из животноводческого поме-щения, которые подразделяются на механические и гидравлические. Механиче-ские способы (удаление навоза посредством скребковых, пластинчатых, шнеко-вых транспортеров, а также бульдозерами разных типов) характеризуются низ-кими затратами технологической воды. При механической системе обычно по-лучают полужидкий навоз.

Гидравлические системы удаления навоза могут быть представлены са-мотечными системами непрерывного и периодического действия, а также пря-мым смывом водой. Удаление самосплавом или гидросплавом (самотечные системы) сопровождается попаданием в навоз относительно большого количе-ства воды. В данном случае получают полужидкий, чаще – жидкий навоз.

Система прямого смыва (гидросмыв) приводит к более значительному разбавлению навоза технологической водой и получению навозных стоков. В настоящее время гидросмывную систему удаления допускается применять в исключительных случаях при невозможности применения других способов и технических средств для удаления навоза, а также с учетом утилизации всех его компонентов.

Количество технологической воды, используемой при различных спосо-бах удаления отходов животноводства, представлено в таблице 51.

51. Расход производственной воды для удаления навоза и промывки каналов, л/сут. (НТП 17-99)

Норма расхода воды на одно животное крупный рогатый скот

Система удаления навоза

из животноводческих помещений

свиньи при групповом содержании

на фермах откорма и нетелей

на фермах молочного направления

Самотечная система: - непрерывного действия 1,5 18,0 15,0 - периодического действия 7,0 15,0 30,0 Гидросмывная система 20,0 - -

Расчет суточного выхода бесподстилочного навоза проводится по форму-

ле: Мсут.б. = Мэкс. + Мвод., где

113

Мсут.б. – суточный выход бесподстилочного навоза от одного животного, кг в сутки; Мэкс. – суточный выход экскрементов от одного животного, кг в сутки; Мвод. – суточный расход воды, л/гол. в сутки. Годовой выход навоза (подстилочного или бесподстилочного) по ферме

определяется следующим образом:

Мобщ. = (Мсут. х N х Тст. + Мсут. х N х Тпаст. х 0,5) / 1000, где

Мобщ. – выход навоза по ферме, т/год; N – среднегодовое поголовье животных, гол.; Тст. – стойловый период, сутки; Тпаст. – пастбищный период, сутки.

Расчет ведется для каждой половозрастной группы животных отдельно.

Общий выход навоза находится суммированием полученных результатов по каждой группе.

Практикуемые в настоящее время способы содержания птиц позволяют получать бесподстилочный помет без добавления в него технологической воды. Соответственно суточный выход помета будет определяться количеством экс-крементов с учетом их усушки.

При определении годового объема выхода навоза и помета следует учи-тывать его потери при хранении.

Естественно, что расчетные объемы органических удобрений являются ориентировочными, поскольку данная величина тесно связана с условиями со-держания животных и птицы, в частности, с количеством и качеством исполь-зуемых на предприятии кормов, в результате чего общее количество отходов может меняться как в большую, так и в меньшую сторону. В связи с этим для функционирующих предприятий необходимо соотнесение расчетных данных с фактическими. Если на предприятии разработан и утвержден «Проект нормати-вов образования отходов и лимитов на их размещение», то объемы органиче-ских отходов, планируемых к использованию, должны соответствовать объе-мам, заявленным в данном документе.

Кроме объемов образования отходов, на данном этапе в ряде случаев (чаще всего для проектируемых предприятий) возникает необходимость опре-деления влажности образующегося навоза (актуально для бесподстилочного навоза КРС и свиней).

Как указывалось выше, при самосплаве и гидросплаве может образовы-ваться как полужидкий, так и жидкий навоз. Определение влажности навоза проводят с учетом исходной влажности экскрементов и объемов добавляемой воды:

114

Вр. = (Мэкс. х Висх. + 100 х Мвод.) / (Мэкс. + Мвод.), где

Вр. – влажность навоза, разбавленного водой, %; Висх. – первоначальная влажность экскрементов, %; Мэкс. – суточный выход экскрементов от одного животного, кг в сутки; Мвод. – суточный расход воды, л/гол. в сутки.

Расчет дает представление об ориентировочной влажности навоза в мо-

мент его уборки их животноводческих помещений, но в процессе хранения дан-ная величина может меняться в зависимости от конкретных условий.

Прогноз возможных негативных последствий утилизации

и введение ограничений На следующем этапе необходимо осуществить прогноз возможных нега-

тивных изменений в агроэкосистеме, ввести ограничения, позволяющие пре-дотвратить эти изменения, и на основе этого рассчитать предельные дозы ути-лизации органических отходов.

В разделе 2.1.4 были подробно рассмотрены потенциальные негативные последствия внесения высоких доз органических удобрений, среди которых ос-новными являются следующие:

• перенасыщение агроэкосистемы азотом; • избыточная аккумуляция подвижных фосфатов в почве; • накопление тяжелых металлов в почве свыше допустимых значений. Именно с данными факторами связаны основные ограничения, которые

следует учитывать при определении лимитов на утилизацию отходов.

Ограничения по азоту В соответствии с существующими рекомендациями, разовая доза азота

при внесении его с органическими удобрениями не должна превышать 200 кг/га без орошения и 300 кг/га при орошении. Данное требование, согласно норма-тивному документу (НТП 17-99), распространяется на бесподстилочный навоз и навозные стоки, но на практике используется для всех видов органических удобрений. Однако следует учитывать, что в подстилочном навозе, а также в компостах с использованием в качестве наполнителей соломы, торфа, опилок и т.д., значительная часть азота содержится в составе органического вещества, причем скорость разложения последнего, а, соответственно, и скорость высво-бождения минерального азота, относительно невысока. В связи с этим предель-ную дозу внесения азота с подстилочным навозом и компостами следует счи-тать равной 300 кг/га (в том числе без орошения).

Расчет доз с учетом данного ограничения проводится по следующей фор-

115

муле: ДN = НN / СN

ДN – теоретически допустимая доза органического удобрения, т/га; НN – максимальная разовая доза внесения азота с удобрением, кг/га; СN – содержание общего азота в удобрении, кг/т.

При расчете ДN для функционирующих предприятий химический состав

удобрений (в частности, содержание азота в утилизируемом материале) берется по фактическим данным, а для проектируемых предприятий – по таблице 52.

52. Содержание питательных веществ в органических удобрениях, % к сухому веществу (НТП 17-99) Вид удобрения Азот (N) Фосфор (Р2О5) Калий (К2О)

Свиной навоз 6,0 3,2 2,5 Навоз КРС 3,2 1,8 5,0 Помет птиц 6,2 3,5 2,1

Если содержание азота в удобрении берется из расчета на сухое вещество,

то и расчетная доза, соответственно, измеряется в тоннах сухого вещества на 1 гектар. Впоследствии она должна быть переведена в сырое вещество (навоз естественной влажности) с учетом влажности по каждому виду органических удобрений.

Далее следует определить количество площадей, необходимое для утили-зации отходов. Для этого весь объем образующихся за год органических удоб-рений (с учетом потерь при хранении) следует разделить на теоретически до-пустимую дозу внесения (ДN). Расчет ведется по каждому виду органических отходов отдельно, затем полученные площади суммируются.

Для функционирующих предприятий полученная расчетным способом величина сравнивается с фактической площадью, на которой осуществляется утилизация отходов, и если последняя превышает расчетную, делается вывод о допустимости осуществляемого воздействия по данному параметру.

В противном случае (если расчетная площадь превышает фактическую) следует признать, что система утилизации отходов, принятая на предприятии, не соответствует требованиям нормативных документов, действующих в дан-ной области. Для доказательства допустимости фактического воздействия в данном случае можно использовать многолетние данные по контролю качества растительной продукции (содержание нитратов), по химическому составу под-земных и поверхностных вод (концентрация азотсодержащих соединений – нитратов, нитритов, аммонийного азота) и т.д.

Для проектируемых предприятий следует учитывать, что полученная рас-четным способом площадь обеспечит утилизацию образующихся отходов при

116

условии ежегодного внесения органических удобрений на каждый гектар. При этом их действие постоянно будет накладываться на последействие. С агроно-мической точки зрения проблематично разработать севооборот, а также систе-му земледелия, которые позволяли бы подобным образом применять органиче-ские удобрения. Для того, чтобы воздействие было не только допустимым с экологической точки зрения, но и более приемлемым с агрономической, полу-ченную расчетным способом площадь следует увеличить в 3-5 раз (по возмож-ности и более).

Ограничения по фосфору

Как было показано в разделе 2.1.4, относительно высокое содержание фосфора в органических отходах в комплексе с ярко выраженной поглотитель-ной способностью почвы в отношении данного элемента могут вызывать ано-мально высокое его накопление в отдельных компонентах агроэкосистемы и сопряженные с этим экологические проблемы. Однако нормативов по содержа-нию подвижного фосфора в почве, пригодных к использованию в экологиче-ском проектировании, или рекомендаций по его нормированию в настоящий момент времени не разработано (за исключением норматива в 2000 мг на 1 кг почвы, не получившего широкого распространения на практике).

В связи с этим может быть предложен следующий подход. Прежде всего, необходимо определить условный безопасный уровень со-

держания подвижных фосфатов в почве, что делается на основе экспертной оценки с учетом свойств почвы, состояния водных источников и их характери-стики (объем воды, режим питания, качество воды и т.д.), интенсивности раз-вития эрозионных процессов и других параметров.

Для функционирующих предприятий ограничение применения отходов по фосфору следует вводить в зависимости от фактического содержания их в почве и условного безопасного уровня. В случае, если фактическое содержание превышает условный норматив, применение отходов на данной территории не-допустимо. Если фактическое содержание находится на уровне нормативного, то отходы могут применяться в том количестве, который обеспечивает отрица-тельный или нулевой баланс данного элемента в агроэкосистеме. Если же фак-тическое содержание ниже условной нормы, применение отходов может сопро-вождаться положительным балансом фосфора, причем чем ниже содержание фосфатов в почве, тем выше может быть интенсивность баланса.

Таким образом, цель проектанта сводится к планированию баланса фос-фора в агроэкосистеме, расчету его выноса с планируемыми урожаями сельско-хозяйственных культур, а на основе полученных расчетов – определению тако-го прихода элемента с удобрениями, который обеспечит запланированный ба-ланс. Задача решается для каждого поля (или группы полей с одинаковой обес-печенностью данным элементом) отдельно.

117

Для проектируемых предприятий расчеты делаются аналогичным обра-зом, с той лишь разницей, что, как правило, исходная характеристика почвы района утилизации характеризуется относительной однородностью и низким (в сравнении с участками, уже использовавшимися для утилизации длительное время) содержанием подвижных фосфатов. В связи с этим ограничения могут вводиться для всей площади в целом, а планируемый баланс фосфатов может быть высокоинтенсивным.

Ограничения по тяжелым металлам

При внесении органических отходов возможно загрязнение почв тяжелы-ми металлами. В связи с этим необходимо определить количество токсичных элементов и, соответственно, эквивалентное количество органосодержащих от-ходов (органических удобрений), их содержащих, которое можно внести в поч-ву, не ухудшая санитарно-гигиеническую обстановку.

Расчет общего количества отхода, которое можно утилизировать на опре-деленной площади, и максимально разовой дозы отхода можно осуществить по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений», согласно которому при внесении ОСВ в почву содержание в ней загрязняющих веществ не должно превышать 0,8 ПДК.

Поскольку при определении лимитов на утилизацию отходов принципи-альным является количество поступающего в почву токсиканта, а не его источ-ник, данная формула может быть рекомендована не только для осадков сточ-ных вод, но и для любых органосодержащих отходов.

Расчет общей дозы внесения отхода (в т/га сухого вещества) производит-ся по формуле:

Добщ. = (0,8 ПДК – Ф) × m / с, где

ПДК – предельно допустимая концентрация нормируемого загрязнения в почве, мг/кг (в расчете может использоваться ОДК); Ф – фактическое содержание загрязнителя в почве, мг/кг; с – концентрация загрязнителя в отходе, мг/кг сухого вещества; m – масса пахотного слоя почвы в пересчете на сухое вещество, т/га.

Максимально допустимую разовую норму внесения отхода (в т/га сухого

вещества), вычисляют по формуле:

Дуд. = 0,1 ПДК × m / с

118

Расчет проводится по каждому нормируемому веществу отдельно. Из по-лученных данных выбирают минимальное значение, которое и определяет дозу отхода с учетом свойств почвы и ее фактического загрязнения.

Существуют более сложные модели определения общей дозы внесения органического материала, содержащего тяжелые металлы, которые учитывают не только поступление элемента в почву, но и вынос его растениями, фильт-рующимися и поверхностными водами. Так, С.Е. Витковской и В.Ф. Дричко (2002) была предложена экспоненциальная модель накопления тяжелых метал-лов в почве, согласно которой общая допустимая доза внесения органических отходов определяется по формуле:

Добщ. = 0,8(ПДК – Сфон) mk / (Скомп - Сфон ) × [1 – ехр (-kТ)], где

Добщ – общая допустимая доза органических отходов, т/га; Сфон – концентрация тяжелых металлов в почве до внесения отхода, мг/кг; Скомп – концентрация тяжелых металлов в отходе, мг/кг; m – масса пахотного слоя, т; k – общая константа выноса элемента из почвы, год-1; Т – количество лет, в течение которых планируется вносить отход в почву, годы.

Однако введение в практические расчеты дополнительных параметров

усложняет и удорожает процедуру определения лимитов. Так, константа выно-са элемента из почвы (k) может быть корректно оценена только на основании многолетних исследований, проведенных в конкретных почвенно-климатических условиях с учетом возделываемых культур. Возможно, со вре-менем при условии формирования соответствующих баз данных, такой подход окажется продуктивным, однако в настоящий момент времени для установле-ния ограничения внесения органических отходов по содержанию в них тяже-лых металлов целесообразно пользоваться формулами, рекомендованными ГОСТ Р 17.4.3.07-2001.

После определения ограничений по всем вышеназванным параметрам, лимит на внесение отхода в агроэкосистему устанавливают с учетом самого жесткого из ограничений.

Предлагаемый подход представляет собой лишь общую схему, которая

может корректироваться с учетом местных условий. Так, например, на почвах легкого гранулометрического состава (песчаных и супесчаных) и с близким за-леганием грунтовых вод предельная разовая доза внесения азота может быть снижена с 200 кг/га до более низких значений. Основанием для этого может по-

119

служить повышенное содержание нитратов в грунтовых водах и поверхностных водных источниках, установленное по данным экологического мониторинга. Максимальная разовая доза внесения азота также может быть уточнена экспе-риментальным путем или с использованием уже имеющихся в литературе све-дений по объектам-аналогам.

С агрономической точки зрения при введении ограничений на утилиза-цию органических отходов очень важно учитывать также реакцию конкретных сельскохозяйственных культур на повышенные дозы внесения удобрений.

Вопросы для самоконтроля:

1. Обоснуйте необходимость разработки безопасной технологии использо-вания отходов в сельскохозяйственном производстве

2. Назовите ключевые моменты процедуры разработки лимитов на утилиза-цию органических отходов в земледелии

3. Какие параметры следует учесть при характеристике района (террито-рии) утилизации

4. Приведите пример расчета объема образования отходов животноводства на конкретном предприятии

5. Дайте перечень и краткую характеристику основных негативных послед-ствий утилизации в агроэкосистеме высоких доз органосодержащих отхо-дов животноводства и птицеводства

2.3.2. Технологические аспекты безопасной утилизации отходов животноводства В данном разделе рассмотрены основные природоохранные требования к

подготовке и внесению органических удобрений, которые следует учитывать при разработке безопасной технологии утилизации.

Требования к качеству

органических удобрений Согласно существующим директивам (письмо Минздрава РФ

№ 1100/596-98-115 от 31.03.98) обязательная гигиеническая сертификация ор-ганических удобрений (в данном случае – органосодержащих отходов, плани-руемых к использованию в качестве органических удобрений) в РФ не прово-дится и сертификат соответствия не оформляется (постановление Правительст-ва РФ № 1013 от 13.08.97). Основанием к обороту органических удобрений (производство, хранение, применение, реализация, рекламирование и т.д.) явля-ется включение в Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, раз-решенных к применению на территории РФ, т.е. их регистрация.

Регистрация предполагает разработку, согласование и утверждение технических условий (ТУ) на органические удобрения, проведение экспертных

120

исследований соответствия их качества требованиям норматива (что, по су-ти, является обязательной процедурой, предваряющей разработку лимитов на утилизацию).

Технические условия устанавливают требования к качеству производи-мых удобрений, методам их контроля, условиям хранения, применения и транс-портирования.

В настоящее время технические условия разработаны для большинства применяемых органических удобрений (табл. 53-56). См.стр.178

В последние годы стали разрабатываться технические условия на новые удобрительные материалы, несмотря на недостаточный объем исследований, подтверждающий их питательную ценность и безопасность. Так, во Владимир-ской области в 2006 г. специалистами ООО НТЦ «ПРОГРЕСС» и ВНИПТИОУ для ОАО «Спиртзавод Симский» были разработаны технические условия на жидкое органическое удобрение «Зерновая послеспиртовая барда» (ТУ 9182-001-70962309-2006). Требования, которым, согласно данному документу, долж-на соответствовать барда, используемая в качестве жидкого удобрения, приве-дены в таблице 57.

В 2008 г. Всероссийским научно-исследовательским, конструкторским и проектно-технологическим институтом органических удобрений и торфа (ВНИПТИОУ) и Всероссийским научно-исследовательским институтом агро-химии им. Д.Н. Прянишникова (ВНИИА) начата разработка новых ГОСТов, в которых будут содержаться единые требования к органическим удобрениям (ГОСТ Р «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Техни-ческие условия», ГОСТ Р «Удобрения органические на основе органогенных отходов растениеводства и предприятий, перерабатывающих растениеводче-скую продукцию» и др.).

К применению в качестве органических удобрений допускаются только те материалы (отходы), которые соответствуют нормативным требовани-ям к свойствам органических удобрений.

В общем случае органосодержащие отходы:

• не должны являться факторами передачи возбудителей инфекционных и инвазионных болезней, оказывать негативное влияние на ветеринарно-санитарное и гигиеническое состояние окружающей среды;

• концентрация ксенобиотиков не должна превышать нормативы их со-держания в почве, установленные Роспотребнадзором (Госсанэпиднад-зором) России;

• остатки кормов, посторонние механические включения в органических удобрениях не должны оказывать влияния на их химический состав, ка-чество внесения.

121

122

123

124

125

57. Требования, предъявляемые к жидкому органическому удобрению «Зерновая послеспиртовая барда» (ТУ 9182-001-70962309- 2006)

Наименование показателя Норма 1. Массовая доля влаги, %, не более 95

2. Массовая доля органического вещества на сухой продукт, %, не менее

90

3. Показатель активности водородных ионов солевой суспензии, рН

3,5-4,5

4. Массовая доля питательных элементов (в пересчете на 100 г сухого вещества), мг, не менее: - азота общего - фосфора общего, в пересчете на Р2О5 - калия общего, в пересчете на К2О

200

80

35

5. Массовая доля примесей токсичных элементов (валовое содержание), в том числе отдельных элементов, мг/кг сухого вещества, не более: - свинец - кадмий - цинк - медь - никель - хром - ртуть - мышьяк

32

0,5

55

33

20

20

2,1

2,0

6. Эффективная удельная активность естественных радионуклидов, Бк/кг сухого вещества, не более

300

7.Удельная активность техногенных радионуклидов (согласно ACs/45 + ASr/30), не более

1 относит. ед.

8. Массовая концентрация бенз(а)пирена, мг/кг сухого вещества, не более

0,02

9. Массовая концентрация остаточных количеств пестицидов в сухом веществе; в том числе отдельных их видов, мг/кг сухого вещества, не более: Гептахлор ГХГЦ (сумма изомеров)

ДДТ и его метаболиты (суммарные количества) Кельтан

0,05 0,1 0,1 1,0

10.Цисты кишечных патогенных простейших, экз./100г отсутствие

126

11. Наличие патогенных и болезнетворных микроорганизмов, экз./25 г, в том числе сальмонеллы

отсутствие

12. Наличие жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, экз./1000 г

отсутствие

13. Наличие личинок и куколок синантропных мух отсутствие

Хранение органических удобрений

Прежде всего, органические удобрения должны быть обеззаражены, так как в своем составе они содержат большое количество патогенной микрофло-ры.

Учитывая особую эпизоотическую, санитарно-эпидемиологическую и экологическую опасность, которую представляет собой органические отходы животноводства и птицеводства для окружающей среды, здоровья животных и человека, на предприятиях на случай возникновения эпизоотии должны быть предусмотрены способы и технические средства по обеззараживанию навоза и помета. Считается, что продолжительность эпизоотии не должна превышать 45 суток (период, необходимый для постановки диагноза и проведения всех ве-теринарных мероприятий в соответствии с инструкциями при ликвидации кон-кретных инфекционных болезней).

Для выявления эпизоотической ситуации необходимо карантинирование навоза в течение не менее 6 суток, которое осуществляется в карантинных ем-костях.

Если в течение карантинного времени на предприятии не зарегистриро-ваны опасные заболевания животных, то навоз можно транспортировать для дальнейшей обработки и использования. При возникновении инфекционных заболеваний всю массу получаемых в 6ти-суточный период органических удоб-рений следует подвергнуть обеззараживанию следующими методами:

• химическим (с использованием аммиака, формальдегида и т.д.); • термическим (с использованием пароструйных установок); • биологическим (выдерживание в накопителях в течение 12 месяцев). Формальдегид и аммиак являются в настоящее время наиболее приемле-

мыми препаратами для дезинфекции органических отходов, контаминирован-ных вегетативной неспорообразующей патогенной микрофлорой. Обеззаражи-вание формальдегидом ведут из расчета 0,3 % действующего вещества на 1 м3 навоза при времени воздействия 72 часа и гомогенизации обрабатываемой мас-сы в течение 6 часов. Для дезинфекции навоза с помощью безводного аммиака последний вводят в массу из расчета 30 кг/м3. Время экспозиции должно со-ставлять 5 суток. Обработанный формальдегидом бесподстилочный навоз по влиянию на урожайность сельскохозяйственных культур не уступает исходно-

127

му, а обработанный безводным аммиаком способствует увеличению их продук-тивности.

При использовании пароструйных установок тепловую обработку жид-кого навоза проводят при температуре 110-1200С и давлении 0,2 кПа. Обезза-раживание наступает через 10 минут. Выбор способа обеззараживания необхо-димо осуществлять с учетом вида возбудителя по указанию государственной ветеринарной службы.

После 6ти-суточного карантинного выдерживания навоз и помет (при не-обходимости обеззараженные) отправляют на дальнейшую обработку.

Наиболее дешевым и достаточно эффективным способом подготовки ор-ганических отходов к внесению следует считать его длительное выдерживание – хранение (от 4 до 8 месяцев для навоза крупного рогатого скота и от 8 до 12 месяцев для навоза свиней).

Хранение органических удобрений может сопровождаться негативным воздействием на окружающую среду. Для его минимизации подстилочный на-воз, компосты, твердую фракцию жидкого навоза следует хранить на площад-ках с твердым покрытием, препятствующим инфильтрации удобрений в грун-товые воды. При этом площадки должны быть оборудованы жижесборниками, защищены от заливания дождевыми и талыми водами. В целях снижения по-терь биогенных элементов (в основном азота и углерода), а также уменьшения уровня загрязнения воздуха токсичными газами (аммиаком, сероводородом, метаном, меркаптаном, фенолом и др.) бурты твердых органических удобрений при хранении следует покрывать слоем адсорбирующих материалов – торфом, опилками, соломой.

Бесподстилочный навоз и помет должны храниться в специальных нако-пителях секционного типа (в целях совмещения процессов карантинирования и хранения количество секций должно быть не менее двух), исключающих фильтрацию удобрений в окружающую среду. Как правило, их устраивают из монолитного или сборного бетона, железобетона, в ряде случаев используются пленочные материалы.

При пассивном хранении неразделенного на фракции бесподстилочного навоза и помета в открытых накопителях следует избегать перемешивания, го-могенизации удобрений для снижения из них эмиссии токсичных газов. На по-верхность удобрений при этом рекомендуется добавлять перлитовую крошку, на 90-96 % снижающую загрязнение воздуха аммиаком, сероводородом, оки-сью углерода, метаном.

Кроме инвазионного начала, навоз и помет часто содержат семена сорных растений, которые могут быть следствием первичного и вторичного его засоре-ния. При первичном засорении семена поступают в навоз с кормами (табл. 58).

128

Вторичное засорение навоза может происходить за счет семян сорных растений, произрастающих в зонах их складирования. При этом в 1 т удобрений может накапливаться до 5 млн. семян сорняков.

Основной путь борьбы с сорными растениями – это предупредительные меры, исключающие поступление их семян в удобрения. Сорняки в местах хра-нения навоза следует уничтожать на ранних стадиях механически или химиче-ски, используя гербицид сплошного действия раундап из расчета 0,4-0,6 г/м2.

58. Содержание семян сорных растений в кормах сельскохозяйственных животных

Количество семян сорняков, тыс. шт.

Всхожесть семян, %

Корма

в 1 кг в суточном рационе кормов

средняя макси-мальная

Комбикорма 0,41 2,0 2,0 8,0 Зерноотходы дробленые 0,86 0,8 6,0 7,0 Сено 2,50 25,0 17,0 31,8 Мякина 42,3 127,0 1,4 20,0 Солома 0,13 0,7 5,4 21,0

Кроме этого, агрессивная среда органических удобрений губительно дей-

ствует на семена сорняков в процессе их хранения (табл. 59).

59. Влияние срока хранения бесподстилочного навоза на всхожесть семян сорняков, %

Сроки хранения навоза, дни Сорняк 0 5 10 20 30 40 70 100

Бодяк полевой 32 20 1 0 0 0 0 0 Одуванчик лекарственный 32 18 0 0 0 0 0 0 Редька дикая 74 74 34 19 7 4 0 0 Ромашка непахучая 30 23 22 6 3 0 0 0 Подмаренник цепкий 90 83 61 23 1 0 0 0 Ярутка полевая 79 77 24 2 0 0 0 0 Горошек четырехсемянный 96 96 93 74 24 22 21 21 Метлица полевая 85 25 1 0 0 0 0 0 Горец вьюнковый 15 9 6 1 0 0 0 0 Мышиный горошек 88 86 85 19 14 14 17 17 Горец почечуйный 68 59 27 6 0 0 0 0 Горец шероховатый 81 81 56 24 2 1 0 0 Марь белая 84 84 80 40 38 22 21 23 Пикульник жабрей 94 94 94 14 1 0 0 0

129

Большинство семян сорняков с мягкой оболочкой теряет свою всхожесть в бесподстилочном навозе в течение 15-40 дней. Лишь семена с твердой обо-лочкой (марь белая, горошек мышиный и четырехсемянный) даже за 100 дней нахождения в навозе погибают не полностью.

Установлено, что навоз свиней оказывает на всхожесть семян сорняков более сильное воздействие, чем навоз КРС: период жизнеспособности семян сокращается на 5-15 дней, семена без защитной оболочки погибают в свином бесподстилочном навозе за 3 дня, а остальные семена обычно сохраняют всхо-жесть до 8 дней.

Таким образом, для снижения количества семян сорных растений в наво-зе и помете необходимо проводить предупредительные мероприятия (уничто-жение сорной растительности в местах хранения органических удобрений) и обеспечивать необходимые сроки выдерживания навоза.

Хорошим способом улучшения качества бесподстилочного навоза (поме-та) в процессе его хранения является компостирование, которое позволяет оп-тимизировать физические и агрохимические свойства органических удобрений.

Использование компостов дает следующие преимущества: • компосты являются более концентрированными и биологически актив-ными удобрениями, чем бесподстилочный навоз;

• компосты характеризуются хорошими физико-механическими свойства-ми (сыпучестью, транспортабельностью, низкой прилипаемостью к сель-скохозяйственным машинам); В соответствии с действующими нормативными требованиями, готовый

компост в общем случае должен иметь: • мелкокомковатую сыпучую структуру с размером частиц не более

120 мм, влажность – 60-75 %; • слабощелочную или нейтральную реакцию среды; • содержание органического вещества – не менее 75 %; • соотношение азота к углероду – 1:20-30; • питательные вещества в легкодоступных для растений формах – не ме-нее 50 % от их общего содержания. В компосте должны отсутствовать патогенные микроорганизмы, жизне-

способные яйца и личинки гельминтов, жизнеспособные семена сорняков, а также запах газов. Допускаются инородные нетоксичные включения не более 0,5 %.

Расчет количества соломы (или другого компостируемого материала), не-обходимой для производства компоста, следует вести с учетом влажности по-лучаемого в конечном итоге органического удобрения:

Минимальное количество соломы (т), используемой для этих целей, оп-ределяется по формуле:

130

М=(Wн – Wк) : (Wк – Wс), где

М – количество соломы, т на 1 т навоза; Wн – влажность навоза, %; Wк – влажность компоста, %; Wс – влажность соломы, %.

Как указывалось выше, производство компостов на предприятиях про-

мышленного типа по определенным причинам нецелесообразно. Однако это ут-верждение справедливо, если речь идет о компостировании всего объема обра-зующихся на предприятии отходов. В случае же, когда компостированию под-вергается их некоторая (как правило, небольшая) часть, данный прием является вполне оправданным и эффективным.

На основании вышеизложенного необходимо подчеркнуть, что для полу-чения качественных органических удобрений и обеспечения их последующего безопасного применения необходимо:

• обеспечить 6ти суточное выдерживание отходов в карантинных емко-стях, а в случае возникновения в этот период опасных заболеваний жи-вотных провести их химическое, термическое или биологическое обезза-раживание;

• обеспечить 4х-12ти месячное хранение навоза и помета; • проводить мероприятия, предупреждающие попадание семян сорных растений в навоз и помет.

Применение органических удобрений

Бесподстилочный навоз и помет, наиболее часто получаемые на предпри-ятиях промышленного типа, являются удобрениями быстрого срока действия с относительно высоким содержанием легкодоступных биогенных элементов. В связи с этим их следует использовать под культуры с высоким выносом азота и других элементов (кукуруза, подсолнечник на силос, кормовые корнеплоды и т.д.). Эффективным способом применения бесподстилочного навоза считается его использование под сидеральные культуры, возделываемые как в самостоя-тельных, так и в промежуточных посевах.

Перспективным также является применение жидких удобрений для под-кормки природных кормовых угодий – сенокосов и пастбищ. Это позволяет расширить сроки использования удобрения, увеличить поступление в почву ор-ганического вещества, что дает возможность снизить нагрузки на окружаю-щую среду. При этом наиболее безопасным считается внутрипочвенный способ внесения с применением агрегатов АВВ и АВМ, оборудованных устройствами,

131

обеспечивающими внесение навоза на глубину не менее 17 см. При утилизации органических отходов на сенокосах и пастбищах необходимо соблюдать каран-тинный период сроком не менее 20 дней от последнего внесения удобрений до укоса или стравливания травостоев.

Подстилочные удобрения и компосты является удобрениями более дли-тельного срока действия. Их следует применять под многолетние (под покров-ную культуру) и однолетние травы, зерновые и кормовые культуры. Кроме этого, утилизация удобрений может осуществляться в чистом пару.

Сроки внесения органических удобрений должны быть приближены к пе-риоду начала вегетации культуры, что позволит обеспечить минимальные по-тери биогенных элементов из почвы в сопредельные среды (грунтовые воды и воздух). Учитывая, что в конкретной ситуации сроки во многом определяются организационно-техническими возможностями хозяйства, на легких почвах это требование должно соблюдаться в обязательном порядке, а на средне- и тяже-лосуглинистых почвах возможно как осеннее, так и весеннее внесение навоза и помета.

В ряде случаев практикуется зимнее внесение органических удобрений (обычно это обусловлено производственной необходимостью – отсутствием достаточных объемов хранилищ, нехваткой техники для внесения удобрений в осенний и(или) весенний периоды и т.д.). Эффективность зимнего внесения при этом примерно в 1,5 раза уступает осеннему и весеннему сроку их применения и сопряжена с высоким риском загрязнения окружающей среды, в связи с чем использование данного способа возможно только на специально подготовлен-ных (хорошо спланированных) полях, с которых исключается сток талых вод, загрязненных навозом, в водоемы или по неглубокому снегу (допустимая глу-бина снежного покрова не более 20 см) и при температуре воздуха до -100С.

Дозы внесения органических удобрений по возможности должны быть приближены к оптимальным, рассчитаны с учетом выноса питательных ве-ществ запланированным урожаем, их содержания в удобрениях и коэффициен-тов использования элементов питания сельскохозяйственными культурами. При этом они не должны превышать доз, установленных с учетом экологиче-ских ограничений.

В целях снижения потерь элементов питания из удобрений и нагрузок на окружающую среду необходимо:

• на полях с неспокойным рельефом удобрения вносить локально, внутри-почвенно;

• на полях с уклоном более 30 проводить противоэрозионную обработку почвы;

• после уборки основных культур выращивать пожнивные (почва не долж-на оставаться свободной от посевов).

132

Во избежание загрязнения воздуха и водных источников необходимо обеспечить быструю заделку органических удобрений, по времени не превы-шающую 2х часов после их внесения по поверхности почвы.

Для обеспечения агрономической эффективности и экологической безо-пасности при погрузке, транспортировании и внесении подстилочного навоза и помета, компостов, твердой фракции навоза необходимо придерживаться сле-дующих правил:

• постоянная скорость движения агрегата по полю – 7-12 км/ч; • отклонение фактической дозы внесения от заданной не должно превы-шать ±10 %;

• неравномерность распределения удобрений по длине и рабочей ширине захвата не должна превышать ±25 %;

• стабильность дозы по всей длине рабочего хода агрегата должна соблю-даться в пределах ±10%;

• на поле не должно быть огрехов и неудобренных участков; • недопустимо растаскивание удобрений по поверхности поля машинами и орудиями, не приспособленными для равномерного распределения удоб-рений;

• удобрение должно быть заделано в почву на требуемую глубину почво-обрабатывающими орудиями общего назначения не позднее чем через 2 часа после распределения его по поверхности. При внесении жидких органических удобрений должны соблюдаться сле-

дующие требования: • при загрузке цистерны не допускается перелив заправленной емкости

(коэффициент заполнения должен быть 0,95-0,96); • перед внесением находящиеся в емкости удобрения должны тщательно перемешиваться в течение 2-5 минут;

• стабильность дозы по всей длине рабочего хода агрегата должна соблю-даться в пределах ±10%;

• перекрытие смежных проходов допускается в пределах 2-4 м, а по длине стыковых проходов – 2-7 м, огрехи на стыковых проходах не допускают-ся;

• удобрение должно быть заделано в почву не позднее чем через 2 часа по-сле внесения на глубину не менее 8 см;

• повторное переворачивание пласта после заделки удобрений в почву не допускается. Органические удобрения запрещается применять на затопляемых полях, в

водоохранной зоне рыбохозяйственных водоемов (табл. 60), прибрежной поло-се рек и закрытых водоемов.

Орошение навозными (пометными стоками) не допускается:

133

• на территории I и II поясов зоны санитарной охраны источников центра-лизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения;

• на территории выклинивания водоносных горизонтов, а также трещино-ватых пород и карстов, не перекрытых водоупорным слоем;

• при глубине залегания грунтовых вод от поверхности земли менее 1,25 м на песчаных и супесчаных почвах и менее 1,0 м на суглинистых и глини-стых почвах.

60. Ширина водоохраной зоны Тип водоема Ширина водоохраной зоны, м

Ручьи и мелкие реки длиной до 10 км 15 Реки длиной, км

от 11 до 50 100 от 51 до 100 200 от 101 до 200 300 от 201 до 500 400 более 500 500

Озера и водохранилища площадью акватории, км2

до 2 300 более 2 500

Обобщение изложенных выше материалов позволяет констатировать, что

залогом экологической безопасности утилизации органических отходов живот-новодческих и птицеводческих предприятий промышленного типа является:

• производство высококачественных, обеззараженных органических удоб-рений, соответствующих требованиям нормативов (технических усло-вий);

• экологически обоснованное хранение органических удобрений с мини-мальными потерями органического вещества и биогенных элементов;

• применение органических удобрений в дозах, соответствующих потреб-ностям выращиваемых культур в элементах питания с учетом свойств почвы и экологических ограничений, в оптимальные сроки;

• организация систематического контроля в районе утилизации за качест-вом органических удобрений, качеством и безопасностью выращиваемой растениеводческой продукции и состоянием окружающей среды.

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите основные требования к качеству твердых органических удобре-ний

2. Назовите основные требования к качеству бесподстилочного навоза

134

3. Назовите основные требования к нетрадиционным видам органических удобрений и компостам на их основе

4. Назовите основные требования к процессу хранения органических удобре-ний

5. Обоснуйте перечень ограничений для обеспечения безопасного использо-вания органосодержащих отходов в качестве удобрительного материала в АПК

2.3.3. Технологические аспекты безопасной утилизации фугата – отхода переработки барды спиртовой Проведенные на кафедре агрохимии и агроэкологии НГСХА исследова-

ния по оценке удобрительной ценности фугата – продукта переработки барды спиртовой – позволили сделать предварительные выводы о возможности его утилизации в агроэкосистеме. Дальнейшим этапом должны стать полевые и производственные опыты. Однако разработка их схем, а также выбор опытных культур должны осуществляться с учетом основных положений предполагае-мой технологии утилизации. В связи этим на основе имеющейся информацион-ной базы (данные по химическому составу отходов, результаты лабораторных и вегетационных опытов) были разработаны некоторые положения предполагае-мой безопасной технологии утилизации фугата в земледелии.

Учитывая физическую форму фугата (жидкость, суспензия), в отношении него можно рекомендовать технологии, которые используются в агрономии для внесения жидких удобрений, вводя соответствующие поправки на химический состав (концентрация питательных элементов и тяжелых металлов, кислотность вещества), предполагаемые объемы внесения (общая доза – норма и разовые дозы), биологические особенности и технологию возделывания отдельных сельскохозяйственных культур, а также на обеспеченность технологических процессов соответствующей техникой и оборудованием.

Сроки и способы внесения фугата

В целом, внесение жидких удобрений может осуществляться следующи-ми способами:

• разлив по поверхности при помощи мобильного транспорта (с после-дующей заделкой в почву при необходимости);

• дождевание (внекорневая подкормка); • внутрипочвенное внесение. При этом внекорневая подкормка применяется, в основном, для внесения

жидких удобрений по вегетирующим культурам, предполагает наличие дорого-стоящих дождевальных установок и специальную подготовку удобрений к вне-

135

сению. Кроме этого, при данном способе возможно повреждение культур вследствие специфичности химического состава удобрений при непосредствен-ном контакте их с листовой поверхностью растений, вследствие чего рекомен-довать его для внесения фугата не представляется возможным.

Внутрипочвенное внесение является более безопасным, так как исключа-ет поверхностный сток и возможность повреждения вегетативной массы. Одна-ко существующие в настоящее время агрегаты для внутрипочвенного внесения (АВВ-Ф-2,8, АВМ-Ф-2,8, АОВ-2,8, АВВ-Ф-5 и др.) обладают недостатками, среди которых основными являются небольшая ширина захвата машины (это ведет к увеличению числа проходов тяжеловесного агрегата по полю, что зна-чительно увеличивает степень уплотнения почвы) и низкая производитель-ность.

Все это делает данные способы (дождевание и внутрипочвенное внесе-ние) экономически малорентабельными и низкоэффективными.

В связи с этим, при утилизации фугата в земледелии наиболее целесооб-разным является внесение его способом разлива по поверхности с помощью мобильной техники (например, машин, оснащенных цистернами типа РЖУ-10).

При внесении фугата мобильным транспортом возможно использование двух технологических схем: прямоточной и перегрузочной.

При прямоточной схеме фугат загружается в машины марки, подобной КАМАЗ, которыми осуществляется транспортирование и внесение отхода. Пе-регрузочный вариант отличается разделением операций транспортирования и внесения и предусматривает перегрузку фугата на поле из транспортной маши-ны в технологическую (в качестве технологических могут быть использованы машины для внесения жидких органических удобрений типа РЖТ, МЖТ, РЖУ и др.).

Последний вариант снижает механическую нагрузку на пахотные почвы за счет использования для разбрасывания более легких машин, однако требует дополнительной операции, что усложняет технологическую схему.

Выбор места внесения фугата

в севообороте По набору элементов питания фугат относится к универсальным удобри-

тельным материалам и, соответственно, может применяться под все группы сельскохозяйственных культур. Моментом, ограничивающим применение от-хода, является его повышенная кислотность. В связи с этим фугат не следует вносить под культуры, требующие нейтральной реакции среды и негативно от-зывающиеся даже на кратковременное локальное подкисление.

Рекомендации по использованию фугата под различные группы культур представлены ниже.

Многолетние травы

136

Для утилизации фугата в земледелии наиболее подходят многолетние злаковые травы, что обусловлено длительным периодом их вегетации, высокой потребностью в элементах питания, относительно высокой устойчивостью к кислой реакции почвенной среды.

Кроме этого, многолетние травы отличаются высоким водопотреблением: на формирование 1 кг вещества они расходуют 500-600 л воды, что существен-но выше, чем у зерновых культур. Несмотря на то, что территория Нижегород-ской области в основном относится к зоне достаточного увлажнения, в отдель-ные годы (особенно летом), наблюдается дефицит влаги. Наиболее часто это проявляется на почвах легкого гранулометрического состава (на песках и супе-сях – ежегодно). В таких условиях задерживается отрастание трав, снижается их продуктивность. Дополнительное поступление воды с фугатом позволяет отчасти решить и эту проблему.

К травам, хорошо отзывающимся на внесение жидких органических удобрений, относится большая группа злаковых трав, включающая ежу сбор-ную, кострец безостый, двукисточник тростниковидный, овсяницу тростнико-вую и др. При этом ежа сборная имеет преимущество на фоне оптимальных доз удобрений, а на внесение повышенных норм лучше реагируют двукисточник и овсяница тростниковидные.

Применение фугата может быть эффективным и на бобово-злаковых тра-восмесях, в которых содержание клевера не превышает 30-40 %. Однако при этом возможно проявление фитотоксичности отхода в отношении клевера: по-сле внесения по вегетирующим растениям края листьев могут подсыхать, а за-тем и опадать (явление сходно с некрозом). Далее по мере минерализации вне-сенного материала травостой восстанавливается. Данный факт был установлен при применении барды послеспиртовой (Ненайденко Г.Н., 2007). Учитывая весьма сходные свойства барды и фугата, аналогичное действие можно ожидать и при использовании последнего.

Применение фугата целесообразно не только на сеяных травостоях, но и на природных кормовых угодьях – сенокосах и пастбищах, особенно когда тра-востой представлен преимущественно злаками.

При утилизации фугата на многолетних травах возможно использование двух способов его применения – основное внесение (допосевной разлив) и про-ведение подкормок. Основное внесение проводят под покровную культуру (чаще всего – зерновые, но могут быть и зернобобовые однолетние сеяные тра-вы).

Подкормки трав 1го-3го гг. пользования можно проводить, равномерно распределяя фугат по поверхности поля рано весной (после полного схода сне-га, по «черепку») – со II-III декады марта до I-II декад апреля (до начала отрас-тания фитомассы) или сразу после летнего укоса (удобрительно-увлажнительные поливы).

137

Внесение фугата после скашивания трав следует сопровождать заделкой в почву (боронование), которое можно провести спустя сутки после распреде-ления фугата по полю.

Зерновые культуры Зерновые культуры хорошо отзываются на внесение жидких органиче-

ских удобрений. При этом наименее требовательными к реакции почвы явля-ются рожь и ячмень. Они произрастают в широком диапазоне почвенной ки-слотности: оптимальный интервал лежит в границах среднекислой – нейтраль-ной групп (согласно группировке, общепринятой в агрохимической практике). В связи с этим утилизация фугата целесообразна именно под данные культуры.

Пшеница более требовательна к условиям произрастания и высокая ки-слотность фугата может привести к угнетению данной сельскохозяйственной культуры. В связи с этим внесение фугата под озимую и яровую пшеницу воз-можно только на буферных высокогумусных почвах тяжелого гранулометриче-ского состава с исходной нейтральной реакцией среды или на фоне известкова-ния.

При утилизации фугата на зерновых культурах возможно использование двух способов его применения – основное внесение (допосевной разлив) и про-ведение подкормок.

Основное внесение фугата мобильным транспортом под озимые зерновые культуры следует проводить:

• под озимую рожь – с III декады июля по II декаду августа; • под озимую пшеницу – в I-III декадах августа. Основное внесение фугата под яровые культуры (овес, ячмень, пшеницу)

можно проводить летом и осенью (август-октябрь по мере освобождения по-лей). В сухие годы на выровненных полях возможен позднеосенний разлив (III декада октября – II декада ноября). Если под осеннюю обработку почвы под посев яровых зерновых культур фугат не вносили, то его можно внести весной – под основную обработку почвы (весновспашку или перепашку) с I декады ап-реля по I-II декады мая, а в отдельные годы при соответствующих погодных условиях работы можно проводить со II декады марта.

На почвах легкого гранулометрического состава (песчаных и супесчаных) для сокращения непродуктивных потерь элементов питания из удобрительного материала более предпочтительным является весеннее внесение фугата. На бо-лее тяжелых почвах эффективность осеннего и весеннего внесения примерно одинакова. Осенний разлив фугата имеет организационное преимущество толь-ко на тяжелом суглинке и глинистых почвах, а также на территориях, где ран-ней весной возможно временное избыточное переувлажнение.

Допосевной разлив может осуществляться как под основную (вспашка), так и под поверхностные обработки почвы (лущение, дискование, культивации и т.д.). Агрономически целесообразен разлив фугата по стерне с последующим

138

лущением. Разлагаясь, солома под действием содержащихся в фугате элемен-тов снижает развитие фитопатогенов и количество полевых грызунов. Запахи-вание такой соломы в почву способствует развитию почвенной фауны, улучша-ет агрохимические и физические свойства почвы, вызывает интенсивное разви-тие целлюлозоразлагающей микрофлоры, свободноживущих и симбиотических азотфиксаторов, аммонификаторов, а также повышает общую биологическую активность почвы. Пожнивные остатки способствуют закреплению азота в поч-ве и уменьшению его потерь. Эффект от такого приема повышается, если убор-ку зерновой культуры проводить на высоком срезе.

Подкормку озимых зерновых культур фугатом можно выполнить рано весной – со II-III декады марта до I-II декады апреля. Подкормка может осуще-ствляться и позднее, но до отрастания озимых (с III декады апреля по I-II дека-ду мая), т.к. попадание органического вещества фугата на поверхность листьев может затормозить процесс фотосинтеза, что отрицательно скажется на общей продуктивности растений. При этом, чтобы не повреждать посевы, нужно ис-пользовать более легкогрузные машины типа МЖТ и РЖТ (до 5-6 т) или обо-рудовать большегрузные емкости арочными шинами.

На озимых зерновых культурах и на многолетних травах возможен зим-ний разлив фугата мобильным транспортом. Однако это допустимо только по неглубокому снегу на хорошо спланированных полях, не имеющих существен-ного уклона к водному объекту. Эффективность зимнего внесения фугата при этом (равно как и любых других органических удобрений) уступает осеннему и весеннему сроку их применения.

Пропашные культуры Картофель является культурой, требовательной к пищевому режиму и от-

зывчивой на органо-минеральную систему удобрения, имеет длительный пери-од вегетации и требует периодического рыхления пахотного слоя, что расширя-ет возможные сроки применения фугата на данной культуре. Картофель хоро-шо переносит почвы с повышенным уровнем кислотности (не страдает даже на сильнокислых почвах).

Хорошо реагируют на внесение жидких органических удобрений кукуру-за и свекла (столовая, кормовая). Однако данные культуры более требователь-ны к условиям произрастания и отрицательно реагируют на подкисление почв. Оптимальный диапазон кислотности для них лежит в области близких к ней-тральным и нейтральных значений. В связи с этим утилизация фугата под дан-ные культуры возможна только на предварительно произвесткованных почвах.

При утилизации фугата на пропашных культурах возможно использова-ние двух способов его применения – основное внесение (допосевной разлив) для всех культур, а для картофеля – проведение подкормок (удобрительно-увлажнительные поливы). Картофель очень требователен к влаге. Особую по-требность в ней он испытывает в период усиленного роста ботвы и образования

139

клубней, в связи с чем удобрительно-увлажнительные поливы существенно по-вышают его урожайность. Основное внесение фугата под пропашные анало-гично внесению его под яровые зерновые культуры.

При возделывании картофеля с орошением фугатом посадку следует про-водить полугребневым или гребневым способом, клубни укладывать на глуби-ну 6-8 см, а густоту посадки увеличивать. Определение потребности в поливе и сроков его проведения проводится по общему состоянию растений (потемнение ботвы, подвядание листьев в полуденные часы) и влажности почвы. В период цветения и активного клубнеобразования влажность почвы следует поддержи-вать на уровне 75-80 % НВ. Полив осуществляется путем разлива фугата мо-бильным транспортом, после чего следует провести рыхление междурядий с небольшим окучиванием. Можно проводить 1-3 полива за вегетационный сезон (в зависимости от погодных условий). После образования основной массы клубней или смыкания рядков поливы прекращают.

Утилизация фугата в чистом пару Внесение фугата под сельскохозяйственные культуры ограничено их

биологическими особенностями и технологией возделывания. Кроме этого, въезд мобильной техники на поля в ряде случаев невозможен в силу погодных условий (ранняя весна, поздняя осень). Между тем, нецелесообразность хране-ния фугата в теплое время года (как показали авторские исследования, прове-денные ранее, в процессе хранения отход значительно ухудшает свои свойства – закисает, приобретает фитотоксичность) диктует необходимость его утилиза-ции. Учитывая это, в периоды, когда внесение отхода под сельскохозяйствен-ные культуры невозможно, утилизацию следует проводить на специально под-готовленных паровых полях поверхностно-самотечным поливом.

Поверхность поля должна быть ровной и обеспечивать равномерное рас-пределение жидкости. Наличие микро- и мезорельефа может приводить к воз-никновению неблагоприятных последствий. Так, например, в замкнутых мик-ропонижениях, где жидкие отходы при их разливе скапливаются, может резко возрастать концентрация азота и других элементов, нарушаться водно-воздушный режим почв.

В связи с этим на массивах с выраженным микрорельефом необходима планировка поверхности. На участках с колебанием отметок до ±25 см следует применять длиннобазовый планировшик – выравнивание микрорельефа. На участках с большим перепадом высот возможно использование следующих разновидностей технологии капитальной планировки:

• снятие гумусового слоя бульдозером, перемещение и отсыпка грунта в понижения скрепером. Возврат плодородного слоя на место срезки, вспашка, дискование и выравнивание поверхности длиннобазовым пла-нировщиком;

140

• снятие гумусового слоя и сплошная планировка массива бульдозером (ос-тальные операции те же, что и в первой схеме);

• предварительная запашка плодородного слоя кустарниково-болотным плугом с оборотом пласта на 1800 на глубину гумусового горизонта с прибавлением величины срезки. Засыпка понижений производится грун-том подпахотного слоя, а возвращение гумусового горизонта на прежнее место – последующей вспашкой. Завершаются работы выравниванием полей длиннобазовым планировщиком. Капитальная планировка, однако, является дорогостоящим мероприяти-

ем, сопровождающимся, как правило, снижением плодородия почв и дающим временный эффект (через несколько лет микрорельеф снова проявляется). В связи с этим ее проведение необходимо только в случае отсутствия в зоне ути-лизации отхода полей со спокойным рельефом.

Выравнивание микрорельефа на полях с небольшим перепадом высот по типу щадящей планировки проводится длиннобазовым планировшиком Д-719 или ПЛМ-4,6. Последний наиболее удобен в управлении, имеет незначитель-ную массу (2,6 т) и позволяет добиться высокого качества работ.

В предлагаемой технологии утилизации фугата в паровом поле длинно-базовый планировщик также может использоваться, если нужно обеспечить не-большой уклон поверхности, направленный от предполагаемого места слива фугата к противоположной границе поля, чтобы обеспечить равномерное рас-пределение его по поверхности поля.

После этого необходимо провести вспашку (для увеличения впитываю-щей способности почв) с выравниванием поверхности почвы, для чего плуг следует оснастить выравнивателем-измельчителем ВИП-5,6, выравнивателями ВП-3,5, ВПН-5,6А, грейдер-выравнивателем ГН-4А и т.д. Кроме этого, для вы-равнивания вспаханной почвы можно использовать шлейф-бороны ШБ-2,5 и волокуши. Затем необходимо провести обваловку участка по трем сторонам.

Участок с помощью свальных борозд может быть разделен на более мел-кие полосы, на которые поочередно будет осуществляться слив фугата. Данное мероприятие позволит добиться более равномерного распределения отхода по поверхности поля.

Мобильное транспортное средство будет осуществлять слив отхода со стороны необвалованной границы поля. Отход самотеком распределится по всей поверхности участка (или его части при условии выделения таковой).

Подобная технология позволяет снизить механическую нагрузку на почву при проезде по ней мобильного транспорта и дает возможность осуществлять утилизацию отхода в течение круглого года (в том числе поздне-осенний, зим-ний и ранне-весенний периоды) вне зависимости от погодных условий.

Подготовку поля (планировку поверхности, обработку почвы, обваловку и т.д.) следует осуществлять после уборки предшествующей культуры (июль-

141

сентябрь). Сразу после подготовки участок можно использовать для утилиза-ции отхода в течение периода, когда въезд сельскохозяйственной техники на поля невозможен.

По истечении указанного срока участок возвращается в севооборот. При необходимости следует провести известкование и внесение повышенных доз твердых органических удобрений.

Дозы внесения фугата Одним из важнейших элементов технологии является определение доз

внесения удобрения. При этом различают максимально возможную дозу внесе-ния (лимит) и оптимальную.

Максимально возможная доза определяется, исходя из соображений эко-логической безопасности применения отхода и представляет собой то его коли-чество, которое можно утилизировать на единице площади без ущерба для ок-ружающей среды (принципы определения те же, что и для рассмотренных ра-нее органических отходов животноводческих и птицеводческих комплексов).

Оптимальная доза устанавливается, исходя из агрономической целесооб-разности, то есть с учетом потребности растений в элементах питания (при рас-чете оптимальной дозы для жидких удобрений необходимо учитывать и коли-чество воды, поступающей на поверхность почвы, чтобы не превысить способ-ность почвы по ее удержанию при сохранении оптимума водопотребления культуры).

Рекомендации по внесению фугата совместно с традиционными удобрениями

Содержание элементов питания в фугате является достаточно низким и соотношение их не является оптимальным для большинства сельскохозяйст-венных культур, в связи с чем возникает необходимость совместного примене-ния его с минеральными и некоторыми видами органических удобрений.

Минеральные удобрения При выборе минеральных удобрений для этих целей желательно исклю-

чить материалы, обладающие гидролитической и физиологической кислотно-стью, а также удобрения, снижающие степень доступности элементов в услови-ях кислой реакции среды. При необходимости восполнения недостатка азота на фоне утилизации фугата целесообразно внесение аммиачной воды и селитр (кальциевой и на-триевой), то есть удобрений, дающих подщелачивающий эффект. Применение мочевины и аммиачной селитры, обладающих некоторой физиологической ки-слотностью, целесообразно на фоне известкования. Использование сульфата аммония совместно с фугатом не рекомендуется.

142

Дефицит фосфора устраняется следующим образом. При посеве культур, независимо от сроков, доз и способов утилизации фугата, следует вносить су-перфосфат или любое комплексное удобрение, содержащее фосфор в водорас-творимой форме. Для основного внесения на площадях, где утилизируется фу-гат, на фоне известкования следует использовать суперфосфат, без известкова-ния – преципитат и фосфоритную муку.

Одним из важнейших агрохимических приемов по окультуриванию почв, целесообразность проведения которого на фоне утилизации фугата не вызывает сомнения, является фосфоритование. Кислотность отхода будет усиливать раз-ложение фосфоритной муки в почве, тем самым повышая ее эффективность. Кроме этого, фосфоритная мука имеет физиологически щелочную реакцию и отчасти устраняет негативный эффект от подкисления почвы фугатом. Следует учитывать, что известкование перед внесением фосфоритной муки нежелатель-но, но при необходимости может быть проведено умеренной дозой через 2- 3 года после фосфоритования.

Практически все калийные удобрения являются физиологически кислы-ми, в связи с чем выбор конкретного вида определяется не столько применени-ем фугата, сколько особенностями сельскохозяйственных культур с учетом балластных примесей, содержащихся в удобрении.

Органические удобрения Твердые органические удобрения (подстилочный навоз, торфо-навозные

и соломо-навозные компосты) оказывают позитивное влияние на все свойства почв. Их применение на почвах с низкой степенью гумусированности (к тако-вым относятся участки для утилизации фугата) является мероприятием, позво-ляющим повысить степень экологической устойчивости агроэкосистемы.

Кроме этого, внесение твердых органических удобрений является рекуль-тивационным мероприятием, проведение которого целесообразно после гене-ральной планировки поверхности поля (если таковая проводилась) и после ути-лизации фугата в чистом пару.

Однако внесение твердых органических удобрений требует существен-ных дополнительных затрат и, в свою очередь, сопряжено с дополнительной нагрузкой на окружающую среду. В связи с этим на участках утилизации фуга-та в ряде случаев целесообразна замена навоза и компостов на его основе посе-вом сидератов.

К сидеральным относят культуры, вегетативную массу которых частично или полностью запахивают в почву для повышения ее плодородия. Сидераты являются важнейшим видом органических удобрений. Под их влиянием значи-тельно улучшаются биологические и агрохимические свойства почвы. Зеленое удобрение, запаханное в почву, несколько снижает ее кислотность, уменьшает подвижность алюминия, повышает буферность, емкость поглощения, влагоем-кость и водопроницаемость, улучшает структуру почвы. Сидераты предотвра-

143

щают миграцию элементов питания в глубокие слои, тем самым выполняя важ-ную роль в охране окружающей среды.

В связи с этим выращивание сидеральных культур на площадках утили-зации фугата является одним из важнейших мероприятий по повышению агро-номической эффективности и экологической безопасности внесения отхода.

На участках утилизации фугата возможны следующие способы возделы-вания сидеральных культур:

• самостоятельные посевы (сидеральные пары); • пожнивные посевы (после уборки озимых и ранних яровых зерновых культур). К основным сидеральным культурам, пригодным к возделыванию на фо-

не утилизации фугата, относятся следующие: • люпин однолетний и многолетний (хорошо переносит повышенную ки-слотность, требователен к влаге, формирует до 600 т/га зеленой массы, выращивается в сидеральных парах);

• фацелия (нетребовательна к условиям почвенного плодородия, в том чис-ле кислотности, однако не переносит засухи, формирует в среднем до 340 ц/га биомассы, возделывается в самостоятельных и пожнивных посе-вах). При всех способах возделывания сидератов фугат следует вносить до по-

сева и перед запашкой биомассы в почву. Возможны следующие способы заделки сидератов в почву:

• при урожайности зеленой массы менее 200 ц/га растения следует скосить, разлить барду по поверхности скошенной массы, запахать;

• при урожайности зеленой массы более 200 ц/га растения необходимо ско-сить, провести измельчение (для этой цели можно использовать роторную косилку измельчитель КИР-1,5, с которой следует снять направляющие трубы, а отверстие под барабаном закрыть металлическим листом соот-ветствующего размера), дискование, полив бардой и запашку. Самостоятельные посевы запахивают осенью, пожнивные – поздно осе-

нью или рано весной. Известкование В связи с высокой кислотностью фугата и относительно низкой буферно-

стью почв района планируемой утилизации, одним из важнейших агрохимиче-ских приемов, проведение которого обязательно на участках внесения отхода, является известкование. Устраняя кислотность, известковые материалы оказы-вают многостороннее действие на свойства почвы, создают благоприятную среду для роста растений и жизнедеятельности полезных микроорганизмов. Поступающий в почву кальций улучшает физические свойства почв: способст-

144

вуя коагуляции почвенных коллоидов, он укрепляет структуру почвы, улучша-ет водопроницаемость и водоудерживающую способность.

Периодичность известкования определяется на основании результатов обследования, но не чаще 1 раза в 3 года.

Охрана окружающей среды Утилизация фугата не допускается: на территории первого и второго поя-

сов зоны санитарной охраны источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения; на территории выклинивания водоносных горизон-тов, а также трещиноватых пород и карстов, не перекрытых водоупорным сло-ем; в пределах округа санитарной охраны курортов; при глубине залегания грунтовых вод от поверхности земли менее 1,0 м на песчаных и супесча-ных почвах и менее 1,25 м на суглинистых и глинистых почвах; на затопляемых полях; в водоохранной зоне рыбохозяйственных водоемов, прибрежной полосе рек и закрытых водоемов.

Так как при внесении фугата (особенно поверхностным способом) воз-можно выделение газообразных веществ, имеющих неприятный запах, участок утилизации должен быть расположен на удалении от населенных пунктов (не менее 200 м).

При внесении фугата должны соблюдаться следующие требования: при загрузке цистерны не допускается перелив заправленной емкости (коэффициент заполнения должен быть 0,95-0,96); перед внесением находящиеся в емкости удобрения должны тщательно перемешиваться в течение 2-5 минут; стабиль-ность дозы по всей длине рабочего хода агрегата должна соблюдаться в преде-лах ±10%; перекрытие смежных проходов допускается в пределах 2-4 м, а по длине стыковых проходов – 2-7 м, огрехи на стыковых проходах не допускают-ся.

Для повышения инфильтрационной способности почвы и, соответствен-но, сокращения поверхностного стока, целесообразно проведение специальных мероприятий: на природных кормовых угодьях и посевах многолетних трав – кротование, штифтовое прокалывание и щелевание почв; на пашне – рыхление подпахотного горизонта и т.д.

При утилизации фугата в паровом поле необходимо планирование по-верхности и создание оградительных валиков.

Одним из важнейших природоохранных мероприятий при утилизации фугата в земледелии следует считать организацию агроэкологического монито-ринга на участках внесения отхода. Это приобретает особую актуальность в связи с недостатком информации о влиянии фугата на компоненты окружаю-щей среды.

Система контролируемых показателей при этом должна включать:

145

• параметры почвенного покрова (плотность и структурное состояние па-хотного и подпахотного горизонтов; физико-химические свойства – об-менная и гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований, степень насыщенности основаниями; питательный режим – содержание гумуса, подвижных форм фосфора и калия; биологическая активность – целлюлолитическая, нитрифицирующая, каталазная, инвертазная и др. виды активности; санитарно-гигиеническое состояние – содержание ва-ловых и подвижных форм тяжелых металлов и т.д.);

• параметры продукции растениеводства (урожайность; содержание эле-ментов и соединений, определяющих пищевую ценность; содержание за-грязняющих веществ);

• параметры качества грунтовых вод (химический состав). Проведение мониторинга в начальный период (5-7 лет периода утилиза-

ции фугата) следует осуществлять ежегодно и лишь по мере фактического под-тверждения безопасности принятой технологии периодичность обследования можно увеличить (1 раз в 4-5 лет).

В заключении следует подчеркнуть, что рекомендуемая технология

должна быть опробована в полевых опытах и производственных испытаниях. Возможно, что полученные результаты потребуют ее существенной корректи-ровки.

Вопросы для самоконтроля:

1. Обоснуйте теоретически и на конкретных примерах (можно из данного учебного пособия) значение и место в технологическом процессе срока и способа внесения отходов в почву

2. Обоснуйте выбор места внесения отхода в севообороте 3. Приведите примеры определения дозы внесения отхода как важнейшего

элемента технологии его утилизации 4. Дайте краткие рекомендации по использованию отходов совместно с тра-

диционными минеральными и органическими удобрениями 5. Перечислите основные требования охраны окружающей среды, регламен-

тирующие использование органосодержащих отходов различных предпри-ятий в качестве удобрительного материала для земледельческой отрасли сельского хозяйства

146

Раздел 3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ОТХОДОВ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

В предыдущей части методического пособия рассматривались вопросы,

касающиеся утилизации отходов в качестве удобрений в агроэкосистемах. Дру-гим актуальным направлением вторичного использования отходов производст-ва является их применение для рекультивации нарушенных земель и планиров-ки территории. Последнее позволяет решить две проблемы: рационального ис-пользования земельных ресурсов и оптимизации системы управления отходами производства.

Следует отметить, что перечень отходов, который может быть использо-ван в целях рекультивации ландшафтов, гораздо шире, чем перечень отходов, используемых в качестве удобрений. В последнем случае отходы должны обла-дать питательной ценностью (то есть содержать биогенные элементы в доступ-ной для растений форме), соответствующими физическими свойствами, обес-печивающими возможность их внесения в почву, не вызывать ухудшения сани-тарно-гигиенической обстановки территории и качества растениеводческой продукции. При использовании же отходов для рекультивации основным предъявляемым требованием является то, что они не должны оказывать нега-тивного воздействия на компоненты ландшафта. В связи с этим применение от-ходов для восстановления и оптимизации нарушенных земель должно сопро-вождаться оценкой их потенциального воздействия на компоненты ландшафта.

Ниже приводятся рекомендации по обоснованию возможности использо-вания отходов различных видов производств для рекультивации земель, нару-шенных при:

• разработке месторождений полезных ископаемых открытым или подзем-ных способом, а также добыче торфа;

• прокладке трубопроводов, проведении строительных, мелиоративных, геологоразведочных, испытательных, эксплуатационных и иных работ, связанных с нарушением почвенного покрова;

• строительстве, эксплуатации и консервации подземных объектов и ком-муникаций;

• ликвидации последствий загрязнения земель, если по условиям их вос-становления требуется снятие верхнего плодородного слоя почвы. Рекомендации не распространяются на радиоактивные, взрывоопасные,

самовозгорающиеся отходы, а также отходы, способные вызвать инфекционные заболевания (пищевые отходы, отходы лечебно-профилактических учреждений и т.п.). В соответствии с действующей нормативно-законодательной базой РФ применение данных отходов в целях рекультивации нарушенных земель не до-пускается.

147

3.1. Экологическая целесообразность вторичного использования отходов в качестве рекультивационного грунта В настоящее время интенсивное промышленное производство и деятель-

ность коммунально-бытового сектора ведет к образованию большого количест-ва отходов производства и потребления, что влечет за собой необходимость отчуждения огромных массивов земель для организации полигонов и свалок промышленных и бытовых отходов, а также стихийное образование несанк-ционированных свалок. Результатом этой тенденции является выведение из хо-зяйственного и рекреационного использования пригородных территорий, по-ступление токсичных элементов в почвы, атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды. В связи с этим совершенствование системы управления от-ходами признается главной проблемой в области охраны окружающей среды. Важным шагом в ее решении является минимизация отходов, переработка и максимальное повторное использование как вторичных материальных ресур-сов.

Одним из направлений снижения объемов накопления отходов является их использование в качестве грунта для рекультивации земель, нарушенных при строительстве и открытой разработке полезных ископаемых. При добыче полезных ископаемых неизбежно образуется большое количество отработан-ных карьерных выемок, негативно влияющих на различные элементы природ-ной среды: происходит нарушение геоморфологии, гидрологического и гидро-геологического режимов, загрязнение подземных горизонтов, ландшафтные изменения (табл. 61).

В соответствии с данными государственного статистического наблюде-ния за нарушенными землями, снятием и использованием плодородного слоя почвы (форма № 2-ТП – рекультивация) на 1.01.2008 г. на территории Россий-ской Федерации площадь нарушенных земель составила 1145 тыс. га. Более по-ловины из них (55,6 %) нарушены при разработке месторождений полезных ис-копаемых и проведении геолого-разведочных работ, 19 % – при торфоразработ-ке, 12 % – при строительстве (Государственный доклад ..., 2007).

Частичный возврат нарушенной территории в безопасное хозяйственное пользование достигается путем выполаживания откосов, планировки днища, фитомелиорации и заполнением всего свободного пространства выемки карье-ра. В последнем случае поверхность территории приобретает исходный облик и может быть возвращена в хозяйственный оборот. Однако данное мероприятие требует больших объемов материала, используемого для засыпки. Практически единственной альтернативой природным рекультивационным материалам

148

(кондиционные и отвальные грунты) являются крупнотоннажные промышлен-ные и/или бытовые отходы.

61. Классификация негативных воздействий техногенных депрессий ландшафта на окружающую среду (Чертес К.Л. и др., 2002) Объект

воздействия Проявление

Литосфера Оползни, оплывание, эрозия склонов и основания выработ-ки, интенсификация карста, просадка лессовых пород; ис-тощение плодородного слоя; изменение микрорельефа; вы-ветривание и обрушивание склонов

Гидросфера Нарушение режима и загрязнение подземных вод и малых рек; оседание и провалы поверхности из-за суффозии; забо-лачивание почвогрунтов; подтопление территории и угнете-ние растительности

Атмосфера Загрязнение воздуха карьерной пылью; возникновение за-стойных аэродинамических зон; изменение состава воздуха в ареале глубоких карьеров

Ландшафт Усиление контрастности рельефа; овраго- и оползнеобразо-вание; смещение пород на склонах; понижение поверхности в прикарьерном пространстве

В связи с тем, что получение природных рекультивационных материалов,

в свою очередь, связано с нарушением ландшафтов (разработка карьеров, сня-тие поверхностных слоев грунта и др.), применение отходов производства и по-требления в качестве вторичных материальных ресурсов для заполнения при-родных и техногенных депрессий позволит в широких масштабах осуществлять мероприятия по рекультивации нарушенных земель, а также исключать необ-ходимость предоставления дополнительных территорий для размещения вновь образующихся отходов.

Таким образом, в связи с нарастанием остроты проблемы роста объемов отходов производства и потребления и связанным с ней увеличением площа-дей, занятых полигонами, санкционированными и несанкционированными свалками, актуальность использования отходов производства и потребления для рекультивации карьеров, котлованов, выработок, эрозионных форм рельефа не подлежит сомнению. Данное утверждение подтверждено принятой Концеп-цией областной целевой программы «Развитие системы обращения с отходами производства и потребления в Нижегородской области на 2009-2014 годы».

В качестве целей, которых предполагается достичь реализацией отмечен-ной Концепции, можно указать следующие:

• снижение площадей, выделяемых для размещения отходов производства и потребления;

149

• сокращение объемов отходов, вывозимых на стихийно образующиеся свалки;

• возврат в хозяйственное использование земель, нарушенных в результате открытых способов разработки месторождений полезных ископаемых, оставляющих после себя неустойчивые подвергающиеся интенсивной эрозии ландшафты, фактически представляющие собой бросовые земли.

В то же время, учитывая, что значительная часть отходов производства и потребления содержит в своем составе компоненты, потенциально опасные для окружающей среды, в том числе для почвенного и растительного покрова, под-земных и грунтовых вод, при использовании отходов в целях рекультивации необходима разработка мероприятий и технических приемов, направленных на исключение возможности загрязнения природных сред избыточными количест-вами токсичных элементов.

Вопросы для самоконтроля:

1. Обоснуйте экологическую целесообразность вторичного использования отходов в качестве рекультивационного грунта

2. Назовите основные задачи Концепции областной целевой программы «Раз-витие системы обращения с отходами производства и потребления в Ни-жегородской области на 2009-2014 годы»

3. 2. Основные требования, предъявляемые к материалам, используемым для рекультивации нарушенных земель Для обоснования возможности использования отходов в целях проведе-

ния рекультивации карьеров, котлованов, выработок и др. необходима следую-щая информация:

• наименование отхода, сведения о производителе, краткое описание тех-нологического процесса, виды опасного воздействия, полный качествен-ный и количественный состав, данные биотестирования, информация об организации, проводившей исследования, класс опасности;

• протоколы количественного химического анализа и биотестирования, вы-данные аккредитованной лабораторией (в том числе информация об ис-пользованных методах количественного химического анализа – КХА и биотестирования), заключение о компонентном составе отхода и классе опасности;

150

• сведения о лаборатории, проводившей исследование химического состава и биотестирование отходов (адрес, аттестат аккредитации, область аккре-дитации);

• полный перечень отходов с указанием их общего количества, планируе-мого для использования при рекультивации;

• описание технологии обезвреживания и нейтрализации отходов (если предусмотрены);

• характеристику рекультивируемого объекта (почв, почвообразующих и подстилающих пород, гидрогеологическую характеристику территории и т.д.). На основе данной информации решается вопрос о возможности примене-

ния отходов для рекультивации конкретного объекта. При этом используются критерии и показатели, предложенные ниже.

3.2.1. Свойства отходов, обуславливающие возможность их применения в целях рекультивации Отходы производства и потребления зачастую являются химически неод-

нородными, сложными поликомпонентными смесями веществ, обладающими различными химико-физическими свойствами, представляют токсическую, хи-мическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность.

Между отходами имеются существенные различия по их химической при-роде, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей пере-работки и использования. Неконтролируемое применение отходов в целях ре-культивации нарушенных земель может стать причиной негативного воздейст-вия на окружающую среду (табл. 62).

62. Классификация негативных воздействий промышленных отходов при их размещении в природных и техногенных депрессиях рельефа Объект

воздействия Проявление

Литосфера Загрязнение плодородного слоя и вызванное им угнетение растительности, ухудшение качества сельскохозяйственной продукции

Гидросфера Нарушение режима и загрязнение поверхностных и подзем-ных вод и малых рек

Атмосфера Загрязнение воздуха пылью и вредными испарениями

В связи с этим главным принципом выбора и формирования грунта для рекультивации техногенных депрессий рельефа является отсутствие негативно-го воздействия при используемой технологии на почвенный покров, подземные и поверхностные воды, атмосферный воздух, растительный и животный мир.

151

При выборе отходов для рекультивации карьеров необходимо учитывать: • допустимость использования с точки зрения безопасности для людей и окружающей среды;

• реакционную способность – химическую инертность компонентов отхо-да;

• возможность уменьшать реакционную способность (как собственную, так и других отходов, входящих в состав грунта);

• сходство отхода с природными материалами карьера, котлована, выра-ботки.

Оценка допустимости использования При оценке допустимости использования с точки зрения экологической и

санитарно-гигиенической безопасности отхода при составлении грунта для ре-культивации ландшафтов применяются действующие нормативные акты и ре-комендации, содержащие требования к размещению и обезвреживанию отхо-дов, гигиенические нормативы содержания токсичных элементов и соединений в объектах окружающей среды (раздел 1.2). Основным критерием допустимо-сти применения отхода является отсутствие миграции его компонентов, кото-рые могут оказать негативное влияние, в сопредельные среды.

Миграция веществ в окружающую среду (вода, воздух) в результате кли-матических воздействий не должна превышать допустимые гигиенические па-раметры. В качестве критериев миграции токсических веществ из рекультиви-руемого объекта в воздушную среду следует руководствоваться среднесуточ-ным ПДК, установленным для атмосферного воздуха населенных мест, а в вод-ную среду – ПДК веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения.

Отходы, применяемые для восстановления верхнего плодородного слоя почвы, не должны приводить к ее сверхнормативному загрязнению. В качестве критерия загрязнения следует руководствоваться ПДК (ОДК).

На территории, прилегающей к месту утилизации отходов, не должно быть посторонних и неприятных запахов. Отходы не должны стимулировать развитие патогенной бактериальной и грибковой микрофлоры.

Реакционная способность

Реакционная способность отходов или смеси отходов учитывается на ос-нове информации об их компонентном составе и токсичности, в связи с чем от-ходы должны иметь характеристику химического состава и данные токсиколо-гического исследования (биотестирования).

Источниками информации могут являться: • паспорта отходов;

152

• протоколы количественного химического анализа отходов; • протоколы анализа токсичности (биотестирования) отходов; • технологические регламенты, инструкции к технологическим процессам, в ходе которых образуются отходы;

• справочные данные. В связи с тем, что при смешивании отходов возможно увеличение или

снижение степени инертности образующейся смеси, для подтверждения отсут-ствия опасности для окружающей среды проводится эксперимент по ее биотес-тированию. При этом исследуемая проба составляется с учетом долей всех от-ходов, контактирующих между собой.

Инертность отходов или смеси отходов может подтверждаться анализом водного фильтрата или лабораторным экспериментом с моделью строения ре-культивационного слоя (методика проведения данных опытов изложена в раз-деле 3.2.3). Критерием безопасности при этом является соответствие фильтрата, проходящего через слой отходов, ПДК веществ в воде водных объектов хозяй-ственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения (Предельно допусти-мые …, 2003).

Снижение реакционной способности

Способность ряда отходов в процессе смешивания и хранения снижать собственную реакционную способность, а также реакционную способность других компонентов смеси, является результатом их цементации, слеживания, механического поглощения, сорбции и химического осаждения.

Благодаря постепенному протеканию физико-химических процессов про-исходит трансформация компонентов отходов. Так, например, присутствие рас-творителей и углеводородов приводит к набуханию полимеров, эмульсии и коллоиды которых пропитывают минеральную часть отходов. Гидролиз солей тяжелых металлов приводит к образованию малорастворимых оксидов и гидро-ксидов. Данные процессы интенсифицируются в результате экзотермических реакций и затрудненного оттока тепла. В результате отходы в рекультивируе-мом карьере в течение 5-6 лет образуют почти однородную массу, что сопро-вождается их детоксикацией (Чертес К.Л. и др., 2002).

При разработке проекта на рекультивацию нарушенных земель необхо-димо учитывать особенности состава отходов, которые при их смешивании мо-гут способствовать повышению степени инертности. Для этого в процессе раз-мещения отходов создаются условия для формирования системы геохимиче-ских барьеров.

Основным приемом, способствующим снижению подвижности токсич-ных компонентов, содержащихся в отходах, является создание механических, физико-химических (щелочных) и биогеохимических барьеров.

153

Механические барьеры формируются в условиях резкого уменьшения ин-тенсивности механической миграции веществ, обусловленной слабой прони-цаемостью субстратов, через которые она осуществляется. На механических барьерах осаждаются коллоиды с сорбированными ими веществами, живые и отмершие животные и растительные организмы, техногенные соединения, в том числе и не имеющие природных аналогов.

Щелочные барьеры возникают при резком увеличении значений рН. В этих условиях из водных растворов осаждаются многие элементы в форме кар-бонатов, гидроксидов, фосфатов и других соединений.

На биогеохимических барьерах происходит резкое уменьшение интен-сивности миграции химических элементов под воздействием организмов, пре-жде всего растительных. Формирующийся под их влиянием гумус является мощным сорбентом, препятствующим миграции тяжелых металлов, а также всех видов органических соединений. Дерновый и растительный слой препят-ствуют развитию эрозии, которая может привести к размыву рекультивацион-ного слоя и вторичному загрязнению прилегающей территории.

Учет химических и физико-химических свойств, а также гранулометриче-ского состава отходов позволяет создавать указанные выше барьеры, что явля-ется важным средством повышения инертности проектируемого рекультиваци-онного слоя.

Так, например, смешивание отходов, содержащих известковые компонен-ты (известняк, известь, доломит и др.) в мелкодисперсном состоянии, с отхода-ми, имеющими в своем составе растворимые формы тяжелых металлов (свинец, медь, цинк, никель, хром и др.), позволяет перевести их в нерастворимую фор-му и исключить возможность миграции в более глубокие слои грунта и подзем-ные воды.

Наличие в составе грунтов глинистых материалов влечет за собой сниже-ние проницаемости рекультивационного слоя и позволяет изолировать ниже-лежащие слои от проникновения токсичных элементов и соединений. Пористые материалы представляют собою универсальный сорбент, поглощающий нефте-продукты и ионы тяжелых металлов.

Увеличение инертности рекультивационного слоя за счет обезвреживания отходов в результате смешивания, а также конструирования его профиля долж-но подтверждаться анализом водного фильтрата или лабораторным экспери-ментом с моделью рекультивационного слоя (Рекомендации по …, 1977).

Применение отходов, имеющих в своем составе гумус и гумусоподобные соединения, подвижные формы биогенных макроэлементов (орто- и полифос-фаты, ионы калия, аммония, магния, кальция, нитрат-ионы), микроэлементы (бор, молибден, цинк, медь, железо и др.) позволит сконструировать верхний плодородный слой, провести быстрое залужение территории и, таким образом,

154

исключить возможность эрозионного размыва поверхности рекультивируемого объекта.

К отходам, которые могут использоваться для создания плодородного слоя, относятся осадки сточных вод, компосты из бытового мусора, шламы химводоочистки и др.

Сходство отхода с природными материалами

рекультивируемого объекта Сходство отхода или смеси отходов по химическому составу с геологиче-

ским материалом пород, залегающим в основании карьеров, котлованов, выра-боток, является основанием для их применения в целях рекультивации. К таким отходам относятся материалы, имеющие в своем составе известь, известняк, доломит, мергель, песок, гравий, обломки кирпича, бетона и др., не загрязнен-ными высокими концентрациями высокотоксичных элементов и соединений.

Вопросы для самоконтроля:

1. Перечислите основные свойства отходов, обуславливающие возможность их применения в целях рекультивации

2. Назовите основные приемы, позволяющие снизить реакционную способ-ность отходов

3.2.2. Критерии оценки и нормативные показатели материалов, рекомендуемых для рекультивации В целях рационального использования отходов, применяемых для ре-

культивации нарушенных земель, целесообразно их послойное размещение и, в связи с этим, разделение на группы:

• инертный наполнитель, используемый для ликвидации карьера, котлова-на, выработки и т.д.;

• материалы для создания верхнего плодородного слоя, позволяющие обес-печить для растений субстрат, обладающий необходимыми физическими, механическими и физико-химическими свойствами, а также необходи-мым количеством биогенных микро- и макроэлементов. К данным группам применяются различные критерии и нормативные по-

казатели.

Требования к инертному наполнителю В связи с разнообразием подстилающих пород в целях исключения воз-

можности выщелачивания токсичных элементов и соединений в подземные во-ды требования к составу, свойствам и характеру размещения материалов, ис-

155

пользуемых для рекультивации, дифференцируются в зависимости от водопро-ницаемости вмещающих грунтов.

Неводопроницаемые грунты К неводопроницаемым относят глинистые грунты, имеющие коэффици-

ент фильтрации (Кф) не более 0,005 м/сут (ГОСТ 25100-95 Грунты. Классифи-кация). В таких условиях подземные воды обладают наибольшей степенью за-щищенности от проникновения загрязнителей и, в частности, компонентов от-ходов, используемых для рекультивации.

Засыпка карьеров и других техногенных и природных полостей при этом в соответствии с действующей нормативной базой может производиться с ис-пользованием отходов 3го-4го классов опасности с влажностью не более 85%. Общее количество отходов 3го класса опасности не должно превышать 5% от всей массы отходов, используемых для рекультивации.

При использовании любых видов отходов должен быть определен их морфологический и химический состав. Для отходов 5го класса опасности необ-ходимо исследование на токсичность (биотестирование). При наличии в соста-ве рекультивационного грунта отходов 3го класса опасности перед засыпкой предварительно следует произвести уплотнение основания и укрепление отко-сов для достижения коэффициента фильтрации не более 0,001 м/сут. Мощность водонепроницаемого слоя должна быть не менее 0,3 м. Размещение отходов производится с послойным уплотнением. Мощность одного слоя не должна превышать 1 м.

При содержании в отходах 3го-4го классов опасности большого количества водорастворимых форм тяжелых металлов и алюминия (содержание в водном фильтрате из отхода выше ПДК для вод культурно-бытового назначения) сле-дует провести их обезвреживание смешиванием с мелкодисперсным (размер частиц менее 0,1 мм) известковым материалом (известняковая, доломитовая мука), аналогичным по составу отходом или известковым молоком.

При содержании в отходах или смеси отходов 3го-4го классов опасности нефтепродуктов в количестве более 2000 мг/кг в качестве допустимого оста-точного содержания нефтепродуктов (ДОСН) в грунте принимается их концен-трация, при которой исключается возможность поступления нефти и продуктов ее трансформации в сопредельные среды и на сопредельные территории. Эта концентрация устанавливается экспериментально анализом водного фильтрата из отхода или исследованием с моделью рекультивационного слоя.

Слабоводопроницаемые грунты К данной группе относят грунты, имеющие коэффициент фильтрации

0,005-3,0 м/сут. Подземные воды, залегающие под подобными грунтами, защи-щены гораздо слабее, чем в предыдущем случае. И, соответственно, требова-ния, предъявляемые к отходам, используемым для рекультивации в подобных условиях, гораздо жестче.

156

Засыпка карьеров и других техногенных и природных полостей в такой ситуации производится с использованием отходов 5го класса опасности с влаж-ностью не более 85%. Использование отходов производства 4го класса опасно-сти допускается только при гидроизоляции основания и откосов для достиже-ния коэффициента фильтрации не более 0,005 м/сут. Мощность водонепрони-цаемого слоя при этом должна составлять не менее 0,3 м. Размещение отходов производится с послойным уплотнением. Мощность одного слоя не должна превышать 1 м.

Требования к материалам,

используемым для создания верхнего плодородного слоя Верхний слой рекультивируемой территории восстанавливается нанесе-

нием плодородного слоя, удаленного и складированного в буртах перед нача-лом проведения разработки участка в соответствии с существующими норма-тивными документами (раздел 1.2).

В случаях, когда разработка котлована, карьера и т.д. проводилась с на-рушениями технологии, в связи с чем плодородный слой отсутствует или име-ется в недостаточных количествах, насыпной слой формируется с помощью привозного грунта или конструируется из отходов производства и потребления, имеющих в своем составе вещества, обеспечивающие необходимый уровень плодородия, а также содержание загрязняющих веществ, не превышающее су-ществующих санитарно-гигиенических нормативов.

При конструировании насыпного слоя могут использоваться следующие виды отходов:

- навоз свиной, КРС и других видов животных перепревший; - помет куриный перепревший; - компосты из бытового мусора; - пыль известковая и доломитовая; - отходы мела в виде порошка или пыли; - фильтрационный осадок сахарного производства (дефекат); - известковый шлам, образующийся при очистке свекловичного сока в са-харном производстве;

- шлам земляной от промывки овощей (свеклы, картофеля и т.д.); - отходы песка, не загрязненного опасными веществами; - отходы (осадки) при подготовке воды; - отходы (осадки) при биологической очистке сточных вод; - земля горелая литейного производства; - зола древесная и соломенная; - пыль щебеночная; - пыль кирпичная; - пыль бетонная;

157

- пыль гипсовая; - грунт, образовавшийся при проведении землеройных работ, не загрязнен-ный опасными веществами;

- цеолит отработанный, не загрязненный опасными веществами; - шлам карбоната кальция; - отходы при добыче торфа;

Содержание токсичных элементов в отходах, используемых для создания насыпного слоя, и состав насыпного слоя нормируются в зависимости от на-правления рекультивации (табл. 63, 64).

63. Предельное содержание токсичных веществ в отходах, используемых для создания насыпного слоя

Концентрация, мг/кг сухого вещества, не более Наименование металла

сельскохозяйст-венное направление рекультивации

лесохозяйственное, рекреационное, природоохранное

направление рекультивации Свинец (Pb) 250 500 Кадмий (Cd) 15 30 Никель (Ni) 200 400 Хром (Crобщ) 500 1000 Цинк (Zn) 1750 3500 Медь (Cu) 750 1500 Ртуть (Hg) 7,5 15 Мышьяк (As) 10 20

64. Требования к показателям плодородия и уровню загрязнения насыпного слоя

Показатель

сельскохо-зяйственное направление

лесохозяйственное, рекреа-ционное, природоохранное

направление рНKCl 5,5-8,0 Массовая доля Сорг., % 3-20 Массовая доля общего N, % >0,6 Р2О5 (по Кирсанову), мг/кг 100-250 К2О (по Кирсанову), мг/кг 100-250 Гранулометрический состав суглинистый Кадмий (Cd), мг/кг, не более 0,5 1,0 Свинец (Pb), мг/кг, не более 104 130 Никель (Ni), мг/кг, не более 64 80 Цинк (Zn), мг/кг, не более 176 220 Медь (Cu), мг/кг, не более 105 132 Ртуть (Hg), мг/кг, не более 1,7 2,1 Мышьяк (As),мг/кг, не более 8 10

158

Для рекультивации по лесохозяйственному, рекреационному, природо-охранному направлениям содержание токсичных элементов в насыпном слое не должно превышать значение ПДК (ОДК), по сельскохозяйственному направле-нию – не должно быть выше 0,8 ПДК (ОДК).

Размер санитарно-защитной зоны для рекультивируемого карьера, котло-вана, выработки должен быть установлен в соответствии с действующими са-нитарно-гигиеническими нормами. Рекультивируемый карьер должен иметь легкое ограждение и временные хозяйственно-бытовые объекты для обеспече-ния выполнения работ.

Надзор за проведением работ при рекультивации осуществляется компе-тентным органом в области охраны окружающей среды.

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите критерии и нормативные показатели, которым должен удовле-творять отход при использовании его в качестве инертного наполнителя отдельных депрессий ландшафта

2. Назовите критерии и нормативные показатели, которым должен удовле-творять отход при использовании его для создания верхнего плодородного слоя рекультивируемых территорий

3.2.3. Схема эксперимента по установлению возможности применения отходов в целях рекультивации земель С целью предотвращения загрязнения нижележащих слоев грунта и под-

земных вод при использовании отходов в целях рекультивации необходимо провести экспериментальное исследование по следующей схеме.

На первом этапе проводится анализ водного фильтрата опасных отходов или смеси отходов. Для этого 1 кг отходов заливают 1 л дистиллированной во-ды. После суточного отстаивания проводят анализ химического состава образо-вавшегося фильтрата.

Основными контролируемыми показателями являются: тяжелые металлы (свинец, кадмий, цинк, медь, никель, хром, марганец), нефтепродукты, ХПК, БПКполн., минерализация, нитратный азот.

Состав фильтрата должен соответствовать значениям, приведенным в таблице 65.

Данный этап исследования проводится при планировании использования отходов для засыпки полостей в грунтах всех категорий водопроницаемости, то есть во всех случаях.

Второй этап исследования необходим в том случае, если содержание ток-сичных компонентов в фильтрате превышает установленное предельное содер-жание. При этом проводится оценка экологической безопасности использова-

159

ния отхода или смеси отходов для рекультивации с учетом мероприятий по гидроизоляции заполняемой депрессии рельефа с моделью рекультивационного слоя.

65. Предельное содержание токсичных веществ в фильтрате от отходов Элемент (соединение) мг/дм3 Элемент (соединение) мг/дм3

Свинец (Pb) 0,01 Марганец (Mn) 0,1 Кадмий (Cd) 0,001 Нефтепродукты 0,3 Цинк (Zn) 1,0 ХПК 300 Медь (Cu) 1,0 БПКполн. 100 Никель (Ni) 0,02 Минерализация 1000 Хром (Cr) 0,5 Нитратный азот (N-NO3) 10

Схема экспериментальной модели представлена на рисунке.

Схема модели рекультивационного слоя

1 - устройство для орошения поверхности водой; 2 - корпус контейнера; 3 - грунт слоем 15 см; 4 - смесь бытовых и промышленных отходов слоем 100 см; 5 - кран для взятия проб фильтрата до очистки; 6 - глина слоем 50 см; 7 - песок слоем 3 см; 8 - гравий слоем 1 - 3 см; 9 - внутреннее дно контейнера с отвер-стиями диаметром 3 - 5 мм; 10 - емкость для сбора очищенного фильтрата

Модель представляет собой контейнер, выполненный из оцинкованного

железа или нержавеющей стали толщиной 1-1,5 мм, покрытого изнутри техни-ческим вазелином. Дно контейнера двойное. Наружное коническое имеет от-

1

3

4

6

5

7 8

2

10

9

160

верстие с патрубком диаметром 10-15 мм. Внутреннее дно является несущим для складируемой массы отходов и грунта, выполняется из металлического листа толщиной 5 мм и усиливается по периметру ребрами жесткости. Во внут-реннем дне сверлят отверстия диаметром 3-5 мм на расстоянии 25-40 мм друг от друга. Полная высота модели 150 см, полезная высота от внутреннего дыр-чатого дна до верхней кромки 100 см. На дырчатое дно укладывается слой гра-вия, щебня или боя керамических плиток на высоту 1-3 см, далее слой песка – 3 см. На песок укладывается слой глины в пластичном состоянии, характери-зующейся заданным коэффициентом фильтрации, высотой 30 см. Поверх глины с уплотнением 600-700 кг/м3 укладывается смесь испытываемых отходов слоем 50 см. Сверху отходы изолируются слоем грунта 10 см.

Количество подаваемой воды зависит от фильтрационных свойств глины и составляет 40-80 % массы загруженных в модель отходов за период экспери-мента. При необходимости оценки эффекта очистки в водоупорном слое пробы отбираются через кран, установленный на 1-2 см выше верхнего уровня слоя глины и из емкости, установленной под коническим днищем.

При соответствии содержания токсичных компонентов в фильтрате из модели рекультивационного слоя установленным предельным значениям (табл. 65) мероприятия по обеспечению экологической безопасности считаются дос-таточными.

При исследовании состава отходов, а также определении их классов опасности используются аттестованные методы количественного химического анализа (КХА) и токсикологические эксперименты (биотестирование). Иссле-дуются как индивидуальные отходы, так и смеси, образованные в ходе их обез-вреживания и нейтрализации.

Вопросы для самоконтроля:

1. Приведите схему первого этапа эксперимента по установлению возможно-сти применения отхода в целях рекультивации земель

2. Приведите схему второго этапа эксперимента по установлению возмож-ности применения отхода в целях рекультивации земель 3. 3. Характеристика токсичных компонентов отходов и рекомендации по их обезвреживанию Как показывает опыт, в составе отходов, планируемых для использования

при рекультивации, чаще всего содержатся следующие компоненты, способные оказать негативное влияние на состояние окружающей среды и здоровье чело-века:

161

- тяжелые металлы (соли и окислы свинца, цинка, кадмия, хрома, меди, ни-келя и др.)

- нефтепродукты и другие токсичные органические соединения (толуол, фенолы и др.);

- асбест; - легкорастворимые соли (хлорид натрия, калия, магния); - фториды (магния, натрия, кальция); - кислотные компоненты (фосфорная, серная). При этом возможность и характер негативного воздействия определяются

количеством загрязнителя и химической формой, в которой он содержится. 3.3.1. Поведение загрязнителей в окружающей среде и принципы снижения степени их токсичности

Тяжелые металлы При попадании в почву или грунт металлы вступают в ряд физических,

химических, физико-химических, биохимических и других взаимодействий, в ходе которых они аккумулируются, выщелачиваются, осуществляют межфаз-ные переходы, поступают в растительные и животные организмы (Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И., 2005). В результате этих взаимодействий опасность металлов для живых организмов может существенно меняться.

В ходе разного рода процессов тяжелые металлы могут переходить в ма-лоподвижное и неподвижное состояние, снижая таким образом свою токсич-ность.

Основными процессами являются: • образование труднорастворимых и нерастворимых соединений; • сорбция тяжелых металлов минеральными коллоидами; • сорбция их органическими коллоидами; Процесс «осаждения-растворения» труднорастворимых соединений явля-

ется одним из основных процессов, контролирующих концентрацию ионов большинства металлов в почвенном растворе.

Происходящую при этом реакцию можно выразить следующим образом:

МmAn ⇔ mMn+ + nAm- твердая фаза раствор

где М – катион тяжелого металла, а А – анион. Данный процесс является обратимым, поскольку может идти как в ту, так

и в другую сторону. При определенном наборе условий между составляющими это уравнение величинами устанавливается динамическое равновесие, которое

162

определяется, прежде всего, концентрацией металлов и анионов, присутствую-щих в растворе.

Константа равновесия (или произведение растворимости) соединения МmAn выражается следующим образом:

КT

S (ПР) = аmM × an

A

где аm

M и anA – активности катиона и аниона в растворе.

Фактически произведение растворимости – это концентрация соединения

в насыщенном растворе этого вещества. Его превышение ведет к увеличению выпадения соединения в осадок, а если оно ниже – происходит растворение осадка. Таким образом, переход металлов в осадок происходит при увеличении концентрации катиона и/или аниона, при котором произведение их активностей превышает величину КT

S (ПР), являющуюся константой при определенных стандартных условиях. В почвенном растворе это может происходить при уве-личении концентрации определенного металла или при увеличении концентра-ции анионов (что более предпочтительно).

Произведения растворимости соединений наиболее токсичных тяжелых металлов приведены в таблице 66.

Процесс «осаждения-растворения» имеет важное значение для защиты от загрязнения, поскольку в почве, грунте, а также в отходах имеется значитель-ное количество гидроксид- , карбонат- , ортофосфат- и других ионов, которые образуют с тяжелыми металлами труднорастворимые соли. Так, произведения растворимости соединений свинца имеют очень малые значения – 10-13-10-66, поэтому насыщенность раствора ионами свинца достигается при довольно низ-ких концентрациях элемента, существенно ниже установленных нормативных значений для вод различного назначения.

В основном уровень концентрации свинца в некарбонатных почвах и грунтах контролируется растворимостью Pb(OH)2, Pb3(PO4)2, Pb5(PO4)3OH. В карбонатных почвах преобладает PbCO3. Аналогичные процессы характерны и для других малоподвижных элементов: меди, никеля, цинка и др.

Значительное влияние на подвижность металлов оказывает сорбция их минеральными коллоидами (глинами). Глинистые минералы, такие как мон-тмориллонит, иллит, вермикулит, обладают большой поглотительной способ-ностью. Емкость катионного обмена на 100 г составляет для каолинита 3- 15 м-экв., для иллита и хлорита 10-40 м-экв., для монтмориллонита 80- 150 м-экв. и для вермикулита 100-150 м-экв. (Алексеев Ю.В.,1987).

66. Произведения растворимости некоторых солей тяжелых металлов

163

Элемент Формула соединения ПР, моль/л рПР=-lgПР Pb PbCO3

PbCl2 Pb(OH)2

PbO2 Pb3(PO4)2

PbS PbSO4

1,0×10-13 1,6×10-5 1,1×10-20 3,0×10-66 7,9×10-43 2,5×10-27 1,6×10-8

13,00 4,79

19,96 65,5

42,10 26,60 7,80

Cd CdCO3 Cd(OH)2 cвежеосажд. Cd(OH)2 после старен.

CdS

5,2×10-12 2,2×10-14 5,9×10-15 7,9×10-27

11,30 13,66 14,23 26,10

Hg Hg2CO3 Hg2Cl2 HgO Hg2O HgS

8,9×10-17 1,3×10-18 3,0×10-26 1,6×10-23 1,6×10-52

16,05 17,88 25,52 22,8 51,8

Cu CuCO3 CuCl

Cu(OH)2 CuS

2,5×10-10 1,2×10-6 5,0×10-20 6,3×10-36

9,60 5,92

19,30 35,20

Zn ZnCO3 Zn(OH)2 Zn3(PO4)2

ZnS

1,45×10-11 7,1×10-18 9,1×10-33 1,6×10-24

10,84 17,15 32,04 23,8

Ni NiCO3 Ni(OH)2 cвежеосажд. Ni(OH)2 после старен.

NiS

6,6 ×10-16 2,0×10-16 6,3×10-16 3,2×10-19

8,18 14,70 17,20 18,50

As AlAsO4 FeAsO4

Mg(AsO4)2 Mn3(AsO4)2

1,6×10-16 5,8×10-21 2,1×10-20

1,9×10-29

15,80 20,24 19,68 28,72

Поглощение тяжелых металлов обычно связывают с наличием гидро-

ксильных групп на сколах глинистых минералов, однако рентгено-дифрактометрический анализ монтмориллонита, насыщенного ионами свинца, показал наличие ионов также и в межпакетном пространстве, что говорит о возможном поглощении элемента не только внешней, но и внутренней поверх-ностью (Химия тяжелых …, 1985). Оксиды железа, марганца и алюминия име-ют невысокую емкость поглощения, однако прочность образующейся связи значительно выше, чем у остальных минералов. В связи с этим присутствие в

164

составе грунтов и отходов высокодисперсных окислов данных элементов спо-собствует связыванию тяжелых металлов в неподвижные сорбционные ком-плексы.

Органическое вещество (гумус) обладает еще большей емкостью погло-щения, чем глинистые минералы. Емкость катионного обмена гуминовой ки-слоты по свинцу достигает 400 м-экв. на 100 г. В значительных количествах гумус присутствует только в верхнем слое (до 30 см). Вышеотмеченное являет-ся основанием для рекомендаций по внесению органических удобрений при восстановлении плодородного слоя на нарушенных территориях с целью сни-жения токсичности тяжелых металлов.

Значительное влияние на прочность химического и физико-химического связывания тяжелых металлов оказывает реакция среды. Широко известно, что минимальная подвижность металлов характерна для диапазона 6,5-8,0 единиц рН, в связи с чем добавление к загрязненным субстратам (почвы, грунты, отхо-ды) материалов, содержащих известь, способствует связыванию их в составе инертных соединений.

Установлено, что с ростом рН: • увеличивается суммарный отрицательный заряд грунта, так как в усло-виях дефицита ионов водорода в растворе возрастает ионизация функ-циональных групп гумусовых кислот за счет диссоциации дополнитель-ных ионов Н+, увеличивается отрицательный заряд глинистых минералов, а положительный заряд амфотерных коллоидов (амфолитоидов) меняется на отрицательный. Все это ведет к усилению процесса неспецифической адсорбции катионов тяжелых металлов в поглощающем комплексе;

• снижается конкуренция за адсорбционные места со стороны ионов Н+, что приводит к тому, что эти места занимают ионы тяжелых металлов;

• при недостатке в растворе ионов водорода усиливается процесс гидро-лиза (ТМ2++Н2О=ТМОН++Н+), а поскольку гидроксокомплексы имеют меньшую гидратную оболочку, то они адсорбируются более прочно, чем негидратированные катионы;

• стимулируются процессы специфической адсорбции металлов, поскольку они идут с выделением иона Н+. На основе данной информации можно указать, что при использовании от-

ходов, имеющих в своем составе тяжелые металлы, целесообразны следующие мероприятия для их обезвреживания:

• добавление к отходам, содержащим тяжелые металлы, материалов (или отходов), имеющих в своем составе известковые компоненты (доломитовая или известняковая мука, мел, гашеная и негашеная известь, дефекат и др.). Если опасный отход содержит большое количество металлов в виде растворимых солей (хлориды, нитраты, нитриты,

165

сульфаты), то необходимо перемешивание с тонкодисперсным известковым материалом (размер частиц менее 1 мм). В остальных случаях достаточно известкового экрана мощностью 5-10 см);

• добавление к опасным отходам глинистых материалов или создание неводопроницаемого глинистого экрана. Гидроизоляция основания карьера или котлована слоем глины также может рассматриваться в качестве мероприятия, обеспечивающего безопасность размещения отходов, содержащих высокие концентрации тяжелых металлов.

Нефтепродукты К нефтепродуктам относят нефтяные углеводороды различного химиче-

ского состава. Их негативное воздействие на окружающую среду обусловлено токсическими свойствами ряда компонентов, а также физическим воздействием на свойства почв и грунтов.

Токсичность нефтепродуктов определяется главным образом наличием в них летучих ароматических углеводородов (толуола, ксилола, бензола), нафта-линов и некоторых других растворимых в воде фракций нефти. Эти соединения сравнительно быстро улетучиваются из почвы или разрушаются. В связи с этим период острого токсического воздействия на почву и биоту относительно ко-роткий и не превышает двух вегетационных сезонов даже при сильном загряз-нении. Воздействие на биологическую продуктивность более длительно и при высоком уровне загрязнения достигает четырех вегетационных сезонов.

Стабильность микробного сообщества почв при загрязнении нефтепро-дуктами не нарушается в диапазоне концентраций до 0,7 мл/кг почвы. В лабо-раторных экспериментах токсическое воздействие на высшие растения не про-являлось при дозах менее 50 мл/кг почвы.

Изменение физических свойств почв и грунтов под влиянием нефтепро-дуктов обусловлено их гидрофобными свойствами, которые передаются поч-венным частицам, что ухудшает их водный режим (снижение влажности).

Выделяют три основных этапа естественной деградации нефти и нефте-продуктов:

1. Удаление наиболее низкомолекулярных составляющих нефти – газообразных и летучих соединений. Именно с этими фракциями связаны остротоксичные свойства нефтепродуктов по отношению к биоте.

2. Постепенное снижение содержания остаточной нефти. На данном этапе биодеградация идет в двух направлениях. С одной стороны, окисление нефтепродуктов ведет к упрощению их структуры за счет деятельности углеводородокисляющих микроорганизмов. Благодаря их активности происходит разложение нормальных алканов и простых ароматических углеводородов (С15-С18). В конце этого этапа данные фракции практически неотличимы от органического вещества почвы. С другой стороны, в почве

166

происходит конденсация промежуточных продуктов – ароматических и алифатических эфиров, кетонов и альдегидов. Таким образом, в результате естественной деградации нефтепродуктов снижается доля легких фракций (метанонафтеновой) и увеличивается доля тяжелых (нафтенароматической и смолисто-асфальтеновой) фракций.

3. На третьем этапе в почве (грунте) присутствуют самые сложные фракции нефтепродуктов, трудно разлагаемые микроорганизмами. В то же время эти фракции малоподвижны и преимущественно сорбируются в виде пленок на поверхности агрегатов и минеральных зерен, а также в виде смолистых частиц. Первый этап наиболее скоротечен: токсичные фракции нефтепродуктов

улетучиваются или перерабатываются микроорганизмами в течение одного ве-гетационного сезона. Второй этап требует до четырех лет. Фракции, образую-щиеся на данном этапе, в течение этого промежутка времени частично теряют свою химическую идентичность и токсичность, а также образуют органомине-ральные сорбционные комплексы. Происходит ухудшение водно-физических свойств почв и грунтов: увеличение гидрофобности, снижение водопроницае-мости. Переход токсичных компонентов в другие среды на этом этапе минима-лен, а в составе пород с низкой водопроницаемостью – практически незаметен. Третий этап наиболее длителен, однако участвующие в нем фракции фактиче-ски являются инертными по отношению к растительным и животным организ-мам.

Таким образом, обезвреживание отходов, содержащих нефтепродукты, планируемых для рекультивации карьеров и котлованов, может быть основано на процессах естественной микробиологической деструкции и испарении наи-более токсичных фракций нефтепродуктов, осуществляющихся в ходе компо-стирования совместно с биологически активными средами (осадки сточных вод биологической очистки, бытовой мусор, навоз и др.). Период компостирования составляет 1-3 года. Образующийся субстрат может использоваться при вос-становлении плодородного слоя.

Для отходов, имеющих высокий уровень содержания нефтепродуктов, а также нефтепродукты с преобладанием тяжелых фракций (мазут) обезврежива-ние может быть основано на добавлении субстратов (отходов, грунтов) с высо-кой общей площадью поверхности частиц для интенсификации образования органо-минеральных сорбционных комплексов.

В целом выбор метода обезвреживания должен быть основан на предва-рительном анализе химического состава отхода и экспериментах с исследова-нием скорости деградации нефтяных углеводородов.

Легкорастворимые соли К легкорастворимым солям относятся хлориды и сульфаты щелочных и

щелочноземельных металлов (калия, натрия, магния). Эти вещества в реально

167

встречающихся условиях практически нетоксичны для человека и животных, однако могут оказывать негативное воздействие на состояние окружающей среды за счет изменения свойств почв и природных вод.

При увеличении содержания хлоридов и сульфатов натрия и магния в почвах происходит их засоление. В аридных условиях аккумуляция солей ведет к образованию солончаков и солодей. Засоленные почвы относят к солончакам, если содержание хлоридов в них превышает 1 %, сульфатов 2 %. В междуна-родной систематике к солончакам относят почвы с содержанием легкораство-римых солей в верхнем 15-см слое более 1 % .

В гумидной зоне (в том числе и Нижегородской области) формирования засоленных почв не происходит за счет быстрого выщелачивания солей в ни-жележащие слои, однако их кратковременного пребывания в верхнем горизонте достаточно для ухудшения состояния растительности и деградации почвы. В то же время на почвах, подстилаемых глинистыми породами, засоление почв воз-можно и в этой зоне (Коломыц Э.Г. и др., 2000).

Засоление почв ведет к их подщелачиванию до 9-11 единиц рН, ухудше-нию состава поглощенных катионов, пептизации коллоидов, ухудшению физи-ко-химических свойств, повышению мобильности органического вещества, разрушению агрономически ценной структуры. Результатом является деграда-ция почв, гибель растительного покрова, увеличение интенсивности эрозион-ных процессов.

В связи с тем, что легкорастворимые соли легко проникают в подземные воды, загрязнение ими почв и грунтов ведет к повышению степени минерали-зации природных вод, что в свою очередь ведет к проблемам для питьевого во-доснабжения и снижению качества оросительных вод, обуславливающих раз-витие процессов вторичного засоления на орошаемых почвах.

В то же время необходимо учитывать, что в условиях слабой водопрони-цаемости грунта (глина) формируется механический барьер, который может обеспечить задержку миграции солей (Алексеенко В.А., 2000).

Кроме того, некоторые соли по своему составу соответствуют минераль-ным удобрениям, применяемым для повышения плодородия почв. Так, наибо-лее распространенными калийными удобрениями являются хлориды и сульфа-ты калия, а также сульфат магния. В связи с этим окончательное заключение о возможности применения отходов, содержащих легкорастворимые соли, может быть сделано только на основе их предварительного детального химического анализа.

Асбест

С точки зрения воздействия на организм для асбеста наиболее критичным является ингаляционный путь поступления. При вдыхании воздуха, содержа-щего асбестовую пыль, у контактирующих с ней людей возможно развитие ле-

168

гочных заболеваний (асбестоз – медленно развивающийся фиброз легких). Кроме того, возможно развитие канцерогенеза, однако пути его развития до конца еще не выявлены.

Поступление асбеста с водой является вторым по значимости каналом, однако даже минимальная очистка воды существенно снижает его концентра-цию.

По заключению ВОЗ, несмотря на то, что асбест является признанным канцерогеном при его вдыхании, проведенные эпидемиологические исследова-ния не подтверждают гипотезу о том, что употребление питьевой воды, содер-жащей асбест, приводит к увеличению риска заболевания раком. Более того, в обширных исследованиях на различных видах животных не выявлено, чтобы асбест однозначно обуславливал возрастание частоты опухолей желудочно-ки-шечного тракта. Таким образом, из-за нехватки неоспоримых доказательств то-го, что асбест при поступлении в организм человека с водой или пищей явля-ется опасным для здоровья, ВОЗ сочла возможным не устанавливать рекомен-дуемую величину содержания асбеста в питьевой воде.

В силу физической структуры асбеста его проникновение через почву и подпочвенные слои в подземные воды практически исключено за счет механи-ческого поглощения. В связи с этим размещение асбестсодержащих материалов в грунте не представляет опасности для окружающей среды, если исключено его появление на поверхности в результате эрозионных процессов, когда воз-никает вероятность попадания частиц асбеста в приземную атмосферу.

С целью предотвращения развития эрозионных процессов на рекультиви-рованных землях необходимо восстановление плодородного горизонта и обес-печение растительного покрова с плотной дерниной.

Фториды

Соединения фтора относятся к продуктам техногенеза, оказывающим токсическое воздействие на человека, животных и растения. Основными по-следствиями являются болезни костных тканей. Широко известно, что флюо-роз, или хроническая фтористая интоксикация, вызывает осаждение фтора в скелетных тканях животных и людей. К ее симптомам относится увеличенная рентгенографическая плотность костей, образование тупоконечных наростов на ребрах и обызвествление межпозвоночных связок. При флюорозе также наблю-дается пятнистое поражение зубов. У растений возможно нарушение фотосин-теза.

В то же время фтор является биогенным элементом, потребность в кото-ром у человека составляет 1 мг/сут. Фтор входит в состав природных минера-лов, в том числе фосфоритов, используемых в качестве минеральных удобре-ний. В природных фосфоритах месторождений, расположенных на территории России, содержание фтора составляет 0,8-1,9 %.

169

Подвижность фтора в почве и грунте определяется характером химиче-ского соединения, в составе которого он находится. Наиболее устойчивыми являются комплексы с элементами, расположенными в больших периодах периодической системы с валентностью от 3 до 5. Низкой растворимостью в воде и, следовательно, подвижностью и токсичностью, характеризуются со-единения фтора с кальцием, магнием, медью, железом (в порядке увеличе-ния растворимости). В то же время KF, NaF, Na2SiF6 , CuSiF6·6Н20 отлича-ются высокой растворимостью.

Таким образом, обезвреживание отходов, содержащих водорастворимые фториды, может быть основано на осаждении элемента известковыми материа-лами (известняковая и доломитовая мука, мел, дефекат и др.). В таком случае опасность попадания фторидов в подземные воды отсутствует.

Кислотные компоненты

Кислотные компоненты при их поступлении в окружающую среду не оказывают прямого токсического эффекта на здоровье человека. В то же время повышенная кислотность природных сред (почвы, водной среды) может стать одной из причин деградации экосистем. Так, снижение значения рН почвенного покрова ведет к следующим последствиям:

- снижение эффективности гумусообразования и качества гумуса; - ухудшение водно-физических свойств почв; - подавление деятельности полезных почвенных микроорганизмов, особенно азотфиксирующих, для развития которых наиболее благоприятна нейтральная реакция;

- увеличение подвижности тяжелых металлов и алюминия, что влечет за собой рост интенсивности их негативного воздействия на растительный покров и аккумуляцию в биомассе;

- снижение доступности растениям ряда биогенных элементов (фосфаты, калий, кальций и др.) за счет их перехода в труднодоступные формы и ослабления интенсивности минерализации органического вещества. Закисление природных вод ниже значения водородного показателя 5,5 ед.

рН влечет за собой ухудшение условий воспроизводства гидробионтов (в ки-слой среде нарушается целостность оболочек икринок). Однако для проточных водоемов эта проблема менее актуальна за счет относительно быстрого водо-обмена.

Для принятия решения об использовании отходов, имеющих повышен-ную кислотность, для рекультивации необходимо учитывать характер поведе-ния токсичных компонентов, находящихся в их составе, в почвах и грунтах. При этом особое внимание должно уделяться трансформации загрязняющих веществ, оценке миграционной способности в заданных условиях, а также их изменению при взаимодействии с грунтом и другими отходами.

170

Основная опасность отходов, содержащих кислотные компоненты, связа-на с увеличением подвижности тяжелых металлов в кислой среде и повышени-ем вероятности их миграции в подземные воды.

Для нейтрализация отходов, имеющих низкие значения рН, целесообраз-но использовать известковые материалы или отходы, содержащие в своем со-ставе доломитовую или известняковую муку, мел, дефекат, известь.

Вопросы для самоконтроля:

1. Кратко опишите принципы снижения токсичности тяжелых металлов, ос-нованные на их поведении в окружающей среде

2. Кратко опишите принципы снижения токсичности нефтепродуктов, осно-ванные на их поведении в окружающей среде

3. Кратко опишите принципы снижения токсичности отходов, содержащих легкорастворимые соли, основанные на их поведении в окружающей среде

4. Кратко опишите принципы снижения токсичности асбеста, основанные на их поведении в окружающей среде

5. Кратко опишите принципы снижения токсичности фторидов и кислотных компонентов отходов, основанные на их поведении в окружающей среде 3.3.2. Рекомендации по обезвреживанию токсичных компонентов отходов Обобщая изложенную выше информацию, можно рекомендовать сле-

дующие методы обезвреживания отходов: • добавление материалов, компоненты которых образуют с токсичными элементами и соединениями нерастворимые инертные соединения;

• добавление материалов, обладающих сорбирующей способностью по отношению к токсичным элементам и соединениям;

• проведение мероприятий, ускоряющих трансформацию токсичных соединений в нетоксичные;

• проведение кислотно-щелочной нейтрализации отходов.

Образование нерастворимых инертных соединений Метод основан на способности токсичных компонентов отходов образо-

вывать нерастворимые соединения при реакции с другими элементами и соеди-нениями. Указанная способность характерна для тяжелых металлов – ТМ (сви-нец, кадмий, цинк, медь, никель, хром, барий, марганец и др.) при взаимодейст-вии с карбонатами и гидроокисями кальция и магния, а также для фторид-ионов при их взаимодействии с солями и гидроокисями кальция.

Общая схема взаимодействия имеет следующий вид: ТМ2+ + СО3

2- → ТМ СО3↓

171

ТМ2+ + 2ОН- → ТМ (ОН)2↓

3ТМ2++ 2ОН- + СО32- →ТМ3(ОН)2СО3 ↓

Если взять за основу первую реакцию и считать, что все тяжелые металлы в составе отхода находятся в водорастворимой форме, то для перевода в нерас-творимое состояние требуется:

для 1 кг Pb – 0,48 кг СаСО3 или 0,50 кг Са(ОН)2 для 1 кг Zn – 1,53 кг СаСО3 или 1,59 кг Са(ОН)2 для 1 кг Сu – 1,57 кг СаСО3 или 1,64 кг Са(ОН)2 для 1 кг Ni – 1,70 кг СаСО3 или 1,77 кг Са(ОН)2 для 1 кг Cr – 1,92 кг СаСО3 или 1,96 кг Са(ОН)2

Расчет проведен на единицу действующего вещества известковых мате-риалов.

Для определения их количества в физической массе проводится расчет по формуле:

ФМ = (ДВ×10000)/[(А×В×(100-Вл)], где

ФМ – количество известкового материала в физической массе, т; ДВ – рассчитанное количество действующего вещества, т; А – доля частиц менее 1 мм, ед.; В – доля действующего вещества в сухом материале, %; Вл – влажность известкового материала, %; 100, 100000 – константы.

Аналогичный расчет проводится при определении количества известко-вого материала, необходимого для обезвреживания растворимых фторидов:

2F- + Ca2+ → CaF2↓ Для перевода в нерастворимое состояние 1 кг F требуется 2,63 кг СаСО3

или 2,74 кг Са(ОН)2. Правильность выбранной дозы известкового материала, а также эффек-

тивность обезвреживания оценивается экспериментально в соответствии с ме-тодами, изложенными в разделе 3.2.3.

Увеличение сорбционной способности субстрата

Метод основан на связывании токсичных элементов и соединений на гра-нице твердой и жидкой/воздушной фаз за счет физических, физико-химических, химических и механических взаимодействий.

Эффективность мероприятия определяется следующими факторами:

- общей площадью поверхности частиц грунта, увеличение которой обеспечивается использованием тонкодисперсного материала;

- реакционной способностью поверхности частиц; - реакционной способностью веществ (в том числе токсикантов),

172

находящихся в растворе (взвеси). Для обеспечения большей площади поверхности частиц наиболее благо-

приятным является использование глинистого (илистого) или тонкораздроб-ленного материала. В качестве примера можно назвать отходы глин, мелкого песка, минеральных шламов, грунтов и т.п.

В качестве примера веществ, имеющих поверхность с высокой энергией связи, можно назвать тонкодисперсные окислы железа, глины (каолинит, иллит и др.). Высокую сорбционную способность имеют цеолиты – каркасные алю-мосиликаты, представляющие собой молекулярные сита с большой внешней и внутренней поверхностями (Сизов А.П. и др., 1990).

Данный метод обезвреживания может применяться для снижения под-вижности веществ, легко вступающих во взаимодействие с твердой фазой. К таким веществам относятся нефтепродукты и тяжелые металлы.

В связи с весьма вероятной неоднородностью субстратов, которые будут применяться для обезвреживания отходов, а также большим набором вредных веществ, содержащихся в отходах, точное расчетное определение соотношений между обезвреживаемым отходом и используемым материалом невозможно.

В связи с этим определение количества используемых материалов опре-деляется одним из двух способов:

• экспериментальный метод используется в соответствии с разделом 3.2.3 настоящего пособия;

• в качестве безопасной концентрации устанавливается значение 0,2% для нефтепродуктов (Другов Ю.С., Родин А.А., 2007) и кларковое содержание в почвах и подстилающих породах для других токсичных элементов (Алексеенко В.А., 2000). При этом определяется такое соотношение между массой отхода и материалом, используемым для обезвреживания, при котором достигается установленная концентрация.

Пример: при содержании в отходе 15% нефтепродуктов для дос-тижения концентрации 0,2% устанавливается соотношение отход : ма-териал как 1/75.

Обеспечение трансформации

токсичных соединений Этот метод применим к отходам, содержащим высокие концентрации

нефтепродуктов и других органических токсикантов и основан на комплексе физических, химических и биохимических реакций, происходящих в процессе компостирования токсичных отходов. Данный метод целесообразно использо-вать при обезвреживании отходов с невысоким содержанием токсичных ком-понентов, поскольку переработанные в процессе компостирования материалы могут использоваться при восстановлении плодородного слоя.

173

В связи с этим для компостирования отбираются отходы, содержание тя-желых металлов в которых соответствует нормативным значениям, приведен-ным в разделе 3.2.2 (табл. 63, 64), а содержание нефтепродуктов не превышает 15 %.

Обезвреживание отходов в процессе компостирования происходит в ре-зультате комплекса реакций:

• фоторазложения (распад органических молекул под действием ультрафиолетового излучения). Так, по экспериментальным данным, в результате 20-минутного УФ-облучения происходит разложение 84,5 % антрацена, 70,7 % тетрафена, 52,0 % бензпирена (Майстренко В.Н., Клюев Н.А., 2004);

• биохимического разложения. В настоящее время распространяется технология рекультивации нефтезагрязненных почв с использованием чистых или смешанных микробных культур. В то же время микробиологический комплекс, формирующийся при компостировании в условиях, обеспечивающих хороший доступ кислорода и обилие питательного субстрата, способен с высокой эффективностью разлагать органические токсиканты в течение 1-3х вегетационных сезонов в зависимости от местных условий. Эффективность трансформации отходов такими способами контролиру-

ется с помощью экспериментальных методов.

Кислотно-щелочная нейтрализация отходов

Данный метод нейтрализации применяется для отходов, уровень кислот-ности которых ниже 5,0 и выше 9,0 единиц рН.

В качестве агентов для нейтрализации кислых отходов используются из-вестковые материалы: известняковая и доломитовая мука, известь гашеная и негашеная, мел и отходы, содержащие указанные вещества. Доза известковых материалов определяется экспериментально для каждого вида нейтрализуемого отхода.

Для нейтрализации отходов, имеющих щелочную реакцию, используется гипс или отходы с кислой реакцией, например, кислый фосфогипс. Дозы при-меняемых реагентов также определяются экспериментально.

Вопросы для самоконтроля:

1. Охарактеризуйте образование нерастворимых инертных соединений как метод обезвреживания отходов

2. Охарактеризуйте увеличение сорбционной способности субстрата как метод обезвреживания отходов

3. Охарактеризуйте обеспечение трансформации токсичных соединений за пределы субстрата как метод обезвреживания отходов

174

4. Охарактеризуйте кислотно-щелочную нейтрализацию отходов как метод их обезвреживания

3.3.3. Группировка отходов по характеру использования В целях оптимизации использования отходов при рекультивации карье-

ров, а также обеспечения безопасности их использования, все отходы, плани-руемые к использованию, удобно разделить на следующие группы.

I группа – инертные отходы В группу входят отходы 3го-5го классов опасности, не имеющие в своем

составе подвижных форм токсичных элементов, а также не вступающие в хи-мические реакции с другими отходами, что может привести к образованию бо-лее токсичных продуктов или увеличению степени подвижности вредных ве-ществ. Каждая партия отходов проходит контроль компонентного состава, за-явленного в паспорте отхода, в аккредитованной лаборатории или имеет под-тверждение неизменности технологического процесса, в ходе которого он обра-зован.

II группа – отходы, используемые для обезвреживания В группу включаются отходы 4го и 5го классов опасности, химические,

физические или физико-химические свойства которых позволяют их использо-вать для нейтрализации токсичных компонентов других отходов за счет сниже-ния подвижности или трансформации последних в менее опасные соединения. Для обезвреживания используются материалы, компоненты которых при взаи-модействии с токсичными компонентами других отходов образуют нераство-римые соединения, обладают сорбционными свойствами, способствуют разло-жению с образованием менее токсичных веществ.

III группа – отходы, нуждающиеся в предварительном обезвреживании В группу входят отходы 3го и 4го классов опасности, которые содержат

токсичные и подвижные компоненты, представляющие опасность для окру-жающей среды при использовании для рекультивации карьеров без предвари-тельного обезвреживания. Метод обезвреживания определяется в зависимости от состава отхода. Эффективность обезвреживания оценивается с помощью ме-тодов, изложенных в разделе 3.2.3.

IV группа – отходы, используемые для формирования верхнего плодородного слоя

175

В группу входят отходы 4го-5го классов опасности, свойства которых (со-держание токсичных компонентов в допустимых пределах, наличие в составе биогенных элементов и соединений, наличие почвоподобных инертных компо-нентов) позволяют использовать их для конструирования плодородного слоя на рекультивируемой территории. При отнесении отходов в группу учитывается, что в процессе их подготовки (компостирование) происходит разложение и по-теря токсичности ряда загрязняющих веществ и соединений, относящихся к тяжелым металлам и нефтепродуктам, а некоторые из них в определенных кон-центрациях являются необходимыми для растений элементами питания (медь, цинк, кобальт, фосфаты, хлористый калий).

Вопросы для самоконтроля:

1. Обоснуйте необходимость группировки отходов в целях оптимизации их использования

2. Приведите краткую классификацию отходов по характеру использования для целей рекультивации земель Таким образом, использование предложенных выше рекомендаций позво-

лит утилизировать отходы производства в качестве основы для грунта при рекультивации карьеров, выемок, траншей и т.д. без ущерба для окружающей среды.

176

ЛИТЕРАТУРА

1. Адрианов С.Н., Сушеница Б.А. Роль фосфора в современном земледелии // Плодородие. – 2004. - № 3 (18).

2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. – Л., 1987. 3. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. – М., 2000. 4. Ахметов Ш.И., Бутяйкин В.В. и др. Лизиметрические исследования в ус-ловиях Мордовии // Агрохимический вестник. – 2003. – № 2.

5. Бачило Н.Г. Научные принципы использования пометных удобрений в условиях интенсивного земледелия /Автореф. дисс… докт. с.-х. н. – Минск, 1990.

6. Белоус Н.М. Эффективность и экологически безопасное применение ор-ганических удобрений // Химия в сельском хозяйстве. – 1996. – № 3.

7. Бреус И.П., Ефстифеева Е.В. и др. Лизиметрический стационар Казанско-го университета // Агрохимический вестник. – 2003. – № 2.

8. Войткевич А.Ф. Микробиология молока и молочных продуктов. – М., 1988.

9. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Рос-сийской Федерации в 2007 г. – МПР РФ, 2007.

10. Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. Тяжелые металлы: экотоксико-логия и проблемы нормирования. – Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005.

11. Другов Ю.С., Родин А.А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов. – М., 2007.

12. Инихов Г.С. Биохимия молока. – М., 1986. 13. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. – М., 1985. 14. Колашников А.П. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. – М., 2003.

15. Колесников Н.В. Хранение и использование свекловичного жома. – М., 1980.

16. Коломыц Э.Г. и др. Природный комплекс большого города. Ландшафтно-экологический анализ. – М., 2000.

17. Кудеярова А.Ю. Фосфатгенная трансформация почв. – М., 1995. 18. Майстренко В.Н., Клюев Н.А. Эколого-аналитический мониторинг стой-ких органических загрязнителей. – М., 2004.

19. Мачадо М.А. Влияние длительного применения удобрений на накопление тяжелых металлов в почве // Современные проблемы оптимизации мине-рального питания растений: Матер. научно-практ. конф. – Н.Новгород, 1998.

20. Минеев В.Г., Дебрецени Б., Мазур Т. Биологическое земледелие и мине-ральные удобрения. – М., 1993.

177

21. Ненайденко Г.Н. Применение спиртовой барды в качестве органического удобрения в хозяйствах Арзамасского района Нижегородской области (рекомендации). – Иваново, 2007.

22. Ненайденко Н.Г. Агрохимическая оценка новых органических удобрений – отходов производства спирта // Вестник Россельхозакадемии. – 2002. – № 6.

23. Панкеев И.А., Рыбальский Н.Г. и др. Экология России на рубеже тысяче-летий. Состояние окружающей среды в России. – РЭФИА, 2003.

24. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизо-ванных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СаНПиН 2.1.4.1074 – 01. – М., 2002.

25. Попова А.А. Влияние минеральных и органических удобрений на состоя-ние тяжелых металлов в почвах // Агрохимия. – 1991. – № 3.

26. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водо-пользования. ГН 2.1.5.1315-03. – М., 2003.

27. Рекомендации по условиям приема слаботоксичных промышленных от-ходов на полигоны (усовершенствованные свалки) твердых бытовых от-ходов. – М., 1977.

28. Сизов А.П., Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Проблемы борьбы с загрязне-нием почв и продукции растениеводства. – М., 1990.

29. Справочная книга по производству и применению органических удобре-ний. – Владимир: ВНИПТИОУ, 2001.

30. Тарасов С.И., Мерзлая Г.Е. Технические требования к традиционным и новым видам органических удобрений // Агрохимический вестник. – 2003. – № 1.

31. Титова В.И., Караксин В.Б., Гейгер Е.Ю. Промышленное свиноводство и экология: проблемы сосуществования. – Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2003

32. Титова В.И., Седов Л.К., Дабахова Е.В. Индустриальное птицеводство и экология: опыт сосуществования. – Н.Новгород: Изд-во ВВАГС, 2004.

33. Титова В.И., Шафронов О.Д., Варламова Л.Д. Фосфор в земледелии Ни-жегородской области. – Н.Новгород: Изд-во ВВАГС, 2005.

34. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах. – М., 1985. 35. Чертес К.Л., Быков Д.Е. и др. Рекультивация отработанных карьеров // Экология и промышленность России. – 2002. - № 10.

178

В.И. Титова, М.В. Дабахов, Е.В. Дабахова

ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Н. Новгород, 2009

179

Учебное издание

Титова Вера Ивановна, доктор с.-х. наук, профессор Дабахов Максим Владимирович, канд. биол. наук, доцент

Дабахова Елена Владимировна, доктор с.-х. наук, профессор

Обоснование использования отходов в качестве вторичного материального ресурса

в сельскохозяйственном производстве

Печатается в авторской редакции

Лицензия ЛР № 040284 Подписано в печать 20.04.2009 г. Формат 60 х 84/16 Печать офсетная. Усл. печ. листов 10,3; уч. изд. 13,5

Тираж 500 экз. Заказ № 5569

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия 603107, г. Н. Новгород, пр. Гагарина, 97

___________________________________________________________________ Издательство Волго-Вятской академии государственной службы

603600, Нижний Новгород-292, пр. Гагарина, 46 тел. 412-33-01

53. Технические требования к твердым видам органических удобрений

Технические условия

ТУ 9819-238-

00483470-98

ТУ 9821-242-

00483470-98

ТУ 9859-241-

00483470-98

ТУ 9849-008-00008064-97

ТУ 9819-036-

00483470-97

ТУ 9821-035-

00483470-97

ТУ 9818-028-00483470-97

Вид органического удобрения Навоз подстилочный Компост

Показатели качества

КРС свиней лошадей Помет

подстилочный торфо-навозный

солома и навоз свиней

твердая фракция бесподстилочного

навоза

Массовая доля сухого вещества, % не менее 25 25 30 55 25 25 25

Массовая доля макроэлементов, % не менее:

N общего Р2О5 общего К2О общего

0,4 0,2 0,3

0,5 0,3 0,4

0,5 0,3 0,4

1,8 0,7 0,6

0,5 0,2 0,3

0,4 0,2 0,5

0,3 0,2 0,2

рН 6,0-8,5 Наличие патогенных микро-организмов, шт./10 г. Отсутствуют

Наличие жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, шт./кг Отсутствуют

Общее содержание тяжелых металлов, мг/кг сухого вещества

Ниже или на уровне норм, установленных Госкомсанэпиднадзором РФ для почв

Содержание посторонних включений, % от сухого веще-ства, не более: с высокой удельной массой, размером < 40 мм с низкой удельной массой, размером < 150 мм

1,5

1,5

2

54. Технические требования к твердым видам органических удобрений

Технические условия

ТУ 9849-003-

00008064-95

ТУ 9849-004-

00008064-95

ТУ 9816-001-

00008064-95

ТУ 9819-036-

00483470-97

ТУ 9821-035-

00483470-97

ТУ 9818-028-00483470-97

Вид органического удобрения Компост Сухой птичий помет Показатели

качества соломо-пометный

коро-пометный

соломо-навозный

торфо-пометный

торфо-опилочно-пометный

порошко-видный

гранули-рованный

Массовая доля сухого вещества, %, не менее

30 30 25 25 25 85 90

Массовая доля макроэлементов на нормативную влажность, %, не менее:

N общего P2O5 общего К2О общего

0,6 0,6 0,5

0,6 0,5 0,4

0,35 0,2 0,4

0,7 0,5 0,3

1,0 0,8 0,5

2,0 3,0 1,0

2,0 3,0 1,0

рН 6,0-8,5 Наличие патогенных микроорганизмов, шт./10 г. Отсутствуют

Наличие жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, шт./кг Отсутствуют

Общее содержание тяжелых металлов, мг/кг сухого вещества Ниже или на уровне норм, установленных Госкомсанэпиднадзором РФ для почв

Содержание посторонних включений, % от сухого вещества, не более: с высокой удельной массой, размером < 40 мм с низкой удельной массой, размером < 150 мм

1,5

1,5

1,0

3,0

1,0

3,0

3

55. Технические требования к бесподстилочному навозу

Технические условия ТУ 9819-030-00483470 ОСТ 10-118-96 ОСТ 10-119-96 Вид органического удобрения

полужидкое жидкое стоки навоз помет навоз помет навоз помет

Показатели качества

КРС свиней птичий КРС свиней птичий КРС свиней птичий Массовая доля сухого вещества, %:

не менее не более

8

14

8

14

8

25

3 8

3 8

3 8

- 3

- 3

- 3

Массовая доля макроэлементов на нормативную влажность, %, не менее:

N общего P2O5 общего К2О общего

0,2 0,1 0,8

0,3 0,2 0,2

0,4 0,4 0,1

0,10 0,06 0,10

0,13 0,09 0,07

0,15 0,15 0,06

0,04 0,02 0,04

0,05 0,02 0,02

0,10 0,10 0,04

рН 6,0-8,5 Наличие патогенных микроорганизмов, шт./10 г. Отсутствуют

Наличие жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, шт./кг Отсутствуют

Общее содержание тяжелых металлов, мг/кг сухого вещества Ниже или на уровне норм, установленных Госкомсанэпиднадзором РФ для почв

Содержание посторонних включений, % от сухого вещества, не более: с высокой удельной массой, размером < 40 мм с низкой удельной массой, размером < 150 мм

1,5 1,0

0,5

Размер частиц удобрений, мм, не более 30 10-30 10-30

4

56. Технические требования к нетрадиционным видам органических удобрений и компостам на их основе* Показатели качества

Избыточно активный ил

Кора, опилки

Лигнин Вермикомпосты

рН вытяжки, не менее 7,6 6,0 5,5 6,5 Содержание: сухое вещество, %, не менее

50

40

50

40

Органическое вещество, % от сухого в-ва, не менее 45 80 80 15 доля гуминовых веществ, % от общего содержания орг. в-ва, не менее 5 10 15 15 соотношение С:N, не более 30 азот общий, % на сухую массу, не менее 1,5 3,0 3,0 0,5 фосфор 1,0 0,1 0,1 0,1 калий 0,2 0,2 0,1 0,1 фенолы, мг/кг, не более 15 полициклические углеводороды, мг/кг, не более 0,02 90Sr, Ku/кг, не более 5×10-10

137Cs Ku/кг, не более 5×10-7

сумма радионуклидов, Ku/кг, не более 1×10-8

тяжелые металлы, мг/кг, не более: Cd Co Cr Cu Hg Mn Mo Ni Pb Zn

20 100 750 1000 16

3000 50

300 750 2500

жизнеспособные яйца гельминтов, шт./кг Отсутствуют титр кишечной палочки, не менее 0,01 * Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Ладонин Д.С. Экологические нормативы на нетрадиционные органические удобрения («Химия в сельском хозяйстве», 1995, № 5, С.35-38)