Безопасные подходы к решению проблемы утилизации осадков сточных вод

К потере плодородия почв в ряде регионов привело одновременное резкое сокращение поголовья скота и применение минеральных удобрений. Всовременном мире образуются огромные количества отходов в виде сточных вод, осадков сточных вод (ОСВ) и вместе с тем обостряются проблемы, связанные с их рациональной, экономической и экологически безопасной утилизацией.

Проблема утилизации ОСВ для многих городов и поселков Российской Федерации связана с громадными капиталовложениями по нейтрализации вредных воздействий на окружающую среду. Во многих регионах финансовых средств для строительства полигонов захоронения и хранилищ местные власти практически не имеют, поэтому внесение ОСВ на поля или приготовление компостов на их основе с последующим использованием в сельскохозяйственным производстве - единственный оперативный и дешевый метод утилизации.

Появление новых видов нетрадиционных удобрений в качестве альтернативы требует проверки их агрономической эффективности и энергетической оценки, поскольку экономические затраты на их производство и применение должны быть ниже, чем вклад в агроэкосистему. С точки зрения применения ОСВ в качестве удобрения прежде всего наибольшую проблему представляет присутствие в них тяжелых металлов (ТМ). Но известно, что ТМ содержатся и в самой почве.

Система нормирования содержания тяжелых металлов в почве имеет большое прикладное значение, но данная проблема разработана крайне слабо. Прежде всего в настоящее время нет единых подходов к разработке ПДК тяжелых металлов в почве, недостаточно разработаны также критерии, которые можно было бы взять за основу при определении данного норматива. В результате утвержденные уровни ПДК и ОДК не отвечают современным требованиям [1].

Так, природоохранное законодательство, действующее в России, предусматривает санитарно-гигиеническое нормирование. Цель этого нормирования заключается в минимизации негативного воздействия загрязнении на здоровье человека, а главный критерий - миграция токсикантов по пищевой цепи, поступление в продукты питания и организм человека. В результате практически не учитывается ущерб, который наносится другим компонентам экосистемы.

Подобная система нормирования изначально не может обеспечить сохранность природы. Предельно допустимые концентрации ТМ, несмотря на разнообразие почвенно-климатических условий, являются едиными для всей РФ. Между тем почвы различаются по природному элементному составу (фону), имеют неодинаковую способность к инактивации ТМ, разные адапционные возможности микробного комплекса и т.д.

По мнению ряда ученых, экстраполяция единых величин ПДК на всей территории без учета региональных особенностей представляется несостоятельной [3,4]. В результате возникают ситуации, когда фоновое содержание металлов в почве, обусловленное их концентрацией в материнской породе и условиями почвообразования, превышают действующие ПДК. В последнее десятилетие указанный недостаток использования ПДК для почв частично компенсируется введением ОДК.

Они рассчитаны для шести тяжелых металлов и имеют по три численных значения для различных условий, что делает их применение более обоснованным и гибким. Однако перечень природных условий, при которых они применимы, не исчерпывает разнообразие свойств почв не только России, но даже юга ее европейской части [2].

Кроме того, вызывает сомнение полнота перечней показателей, на основании которых делается заключение о степени загрязнения почв тяжелыми металлами. Ряд исследователей отмечают, что для более объективной оценки степени загрязнения почв необходимо учитывать и другие формы соединения металлов, поскольку именно этим определяется степень их опасности.

Предлагается использовать метод последовательных экстракций, который позволяет определить следующие формы: легкорастворимые, связанные с органическим веществом и карбонатами, с амфотерными гидроксидами и оксидами железа и марганца, входящими в состав глинистых минералов. Такой подход позволяет охарактеризовать процессы миграции и аккумуляции металлов в ландшафтах, изучить механизмы почвенно-геохимических процессов, дать рекомендации по обоснованию мероприятий в целях рационального использования и охраны почв, раскрыть причину инактивирующего свойства почвы, выявить механизмы ее функционирования в условиях техногенного прессинга [4].

Однако нормативов на содержание указанных форм ТМ в почве не существует, кроме того, широкое применение подобного подхода при почвенно-экологическом мониторинге сделает его значительно дороже.

Известно, что наличие нескольких ТМ в почве приводит к усилению токсического действия данных элементов, обусловленного, во-первых, сложением отрицательного физиологического воздействия, а во-вторых, синергическим взаимодействием элементов.

Результирующее влияние зависит от чувствительности растений (общей и поэлементной), почвенных условий, химической формы соединений и других факторов, но определяющими являются набор металлов и их пропорции. В связи с этим ряд исследователей рекомендуют включать в программу мониторинга дополнительные показатели, отражающие совокупное воздействие токсикантов на биологические объекты.

В качестве одного из таких критериев реакции почвы на загрязнение тяжелыми металлами можно использовать чувствительность почвенной биоты - метод биотестирования. Он позволяет существенно дополнить полученную с помощью общепринятых аналитических методов оценку складывающийся в агроэкосистеме ситуации. Реакция тест-организмов отражает совокупное (интегральное) воздействие поллютантов на биологические системы.

Кроме этого, для оценки загрязнения почв ТМ в настоящее время используют показатели, полученные на основе соотнесения фактических и фоновых концентраций: коэффициент техногенной концентрации элемента (Кс) и суммарный коэффициент техногенного загрязнения (2_С), а также соотнесение с природными кларками. Однако общепринятой методики для оценки экологической ситуации почвенно-биотического комплекса на основе интеграции ряда показателей в настоящее время не существует, хотя поиск активно ведется.

Для оценки экологической сбалансированности применения удобрений, как одного из превалирующих видов воздействия на почву в процессе сельскохозяйственного производства, предлагается использовать расчетные параметры баланса элементов в системе «почва - удобрение - растение - окружающая среда».

В =Я + Б + Кг -и, (1) X В= Х(0+Ы_г -и), (2)

где В - ежегодный баланс, кг/га; Д - поступление элемента с удобрениями, кг/га; Я - остаточное количество элемента в почве (определяется расчетным методом или по соответствующим нормативным показателям), кг/га; N—количество симбиотического фиксированного азота (для бобовых культур) кг/га; и - ежегодный вынос элемента с урожаем, кг/га; X- сумма кумулятивных или суммарных с нарастающим итогом показателей.

При оптимальной обеспеченности культур питательными элементами (включая остатки удобрений и фиксированный азот значения В и ХВ должны быть близки к нулю [5]. Однако, учитывая вышеизложенные недостатки системы ПДК для почв, уровень допустимого воздействия целесообразней связывать не с предельно допустимой концентрацией металлов в почве, а с содержанием его в растениеводческой продукции.

То есть, недопустимым считать воздействие, при котором содержание тяжелого металла в почве достигает значений, вызывающих ухудшение качества продукции растениеводства в конкретных условиях хозяйства. Для реализации такого подхода потребуется большая информационная база, на основании которой можно будет установить связь между содержанием металла в почве и поступлением его в растение в зависимости от конкретных почвенных, погодных и других сопутствующих условий, что в настоящее время представляется весьма проблематичным.

Поэтому основным показателем, свидетельствующим о допустимости воздействия, в настоящие время является ПДК. В связи с этим определены ПДК для некоторых металлов в осадках, используемых в качестве удобрения.

Таким образом, при разработке норм внесения ОСВ, содержания ТМ, в почве должна учитываться их полифункциональная суть, одинаково важная как для поддержания сложившегося равновесия, так и в производстве продуктов питания.