Нарушенные лесные почвы часто характеризуются нехваткой гумуса и гумусоподобных веществ для быстрого и качественного прорастания саженцев хвойных и лиственных деревьев.
Нарушение земель приводит к таким неблагоприятным последствиям как торможение процессов почвообразования, ухудшение способностей земель к самоочищению, нарушение почвенного покрова и гидрологического режима местности, снижение биологического разнообразия [1].
Другой проблемой в настоящее время также является обращение с отходами. В России основная часть отходов направляется на полигон на захоронение. Однако эти отходы содержат ценные компоненты и вторичные ресурсы. Также ТБО содержит органическую фракцию, способную к процессам ферментации. Поэтому одним из способов обращения с ТБО является аэробная переработка (компостирование) органической фракции отходов. Полученный компост может в дальнейшем быть использованным как удобрение для растений и для улучшения качества почвы.
Компостирование ТБО
Компостирование представляет собой биохимический процесс разложения органической фракции отходов с помощью микроорганизмов. Эффективность процесса зависит от микробных популяций и факторов окружающей среды.
В процессе компостирования ТКО температура достигает 60–65 ºС, что уничтожает патогенную микрофлору. По окончанию процесса ферментации масса отходов уменьшается почти в два раз и образуется твердый стабилизированный продукт.
Конечный продукт компостирования содержит гуминовые вещества, характерные для дерново-подзолистых почв. Выяснено, что гуминовые вещества компостов из ТБО обладают положительным стимулирующим действием на рост и развитие растений [2].
Компостирование ТБО приводит к снижению объема и массы отходов, их токсичности и негативного влияния на окружающую среду [3].
На полигоне, вблизи Санкт-Петербурга, ведётся компостирование ТБО с получением готовой продукцией «Грунт техногенный», который используется для изоляции твердых коммунальных отходов на полигонах, а также он потенциально может использоваться для рекультивации нарушенных лесных земель. Грунт представляет собой неоднородную в основной своей массе минеральную смесь, с размерами частиц не более 80 мм, возможны включения компонентов (камень, песок, стекло, керамика), которые могут присутствовать в количестве до 20 %.
Исходным сырьем для производства готовой продукции являются остатки сортировки твердых коммунальных отходов при совместном сборе. Исходное сырье производится на комплексах по обработке и утилизации ТКО, посредством отделения от ТКО фракции размером до 80 мм, содержащей пищевые отходы, бумагу, упаковку, полимеры, текстиль, стеклобой, керамику и прочее.
Компостирование исходного материала происходит на открытом участке. Для активации деятельности микрофлоры, входящей в состав исходного материала, происходит постоянная аэрация и поддержание влажности. Происходит аэробное разложение органических фракций благодаря сапрофитным микроорганизмам. При этом при протекании биохимических реакций обмена веществ выделяется тепло.
Полный цикл производства грунта техногенного составляет 180 дней, из них 60 дней компостирование и 120 дней стабилизация. В летний период производство может быть сокращено до 90 дней в зависимости от погодных условий.
В результате компостирования и стабилизации органических фракций исходного материала физическая структура ряда веществ подвергается изменению, в связи с чем, изменяется цвет материала, бумага и другие органические вещества теряют свои признаки [6].
Тяжелые металлы в компосте из ТБО
Компост, полученный из ТБО, рекомендуется использовать при озеленении и рекультивации земель, в лесных питомниках [3].
Компосты, получаемые из ТБО, обычно загрязнены тяжелыми металлами, что ограничивает их использование в качестве удобрения в сельском хозяйстве. В почве металлы находятся как в связанном, так и в подвижном состоянии. Связанное состояние тяжелых металлов не оказывает негативного влияния на живые организмы. В связанном состоянии они не мигрируют по почвенному горизонту. Наибольшую опасность представляют подвижные формы тяжелых металлов [4].
Тяжелые металлы, доступные растениям для поглощения, присутствуют как растворимые компоненты в растворах почвы. Способность растений аккумулировать необходимые металлы также позволяет им получать другие ненужные металлы. Некоторые опасные влияния, вызванные высокими концентрациями металлов, включают в себя подавление цитоплазматических ферментов и разрушение структур клетки из-за окислительного стресса [5].
Результаты лабораторного качественного анализа по определению валового содержания тяжелых металлов в органической фракции компоста
Компост был проанализирован на содержание тяжелых металлов рентгенофлуоресцентным методом. Сущность метода состоит в исследовании линий спектра вторичного излучения пробы при облучении пробы рентгеновским излучением.
Поскольку каждый тяжелый металл обладает индивидуальной линией спектра, химические элементы, входящие в состав анализируемого образца могут быть обнаружены по спектральным линиям вторичного излучения. Элементный (качественный) состав пробы определяется по присутствию в спектре линий определенного элемента. Количественный состав (концентрация вещества) определяется по интенсивности линий [6].
Образцы органической фракции компоста были проанализированы на аппарате Спектроскан. На рисунке 1 приведен вид графика с полученными результатами.
Рис. 1. Результат качественного анализа компоста
Проведенные результаты показали наличие следующих металлов в исследуемом компосте: Fe, Zn, Cu, Sr, Pb.
Настоящий анализ не позволяет сделать заключение о количестве каждого элемента, для этого нужно использовать атомно-адсорбционные методы в аккредитованных лабораториях. Однако по интенсивности пиков можно сделать вывод о представленности данного элемента. И если расположить полученные нами данные в порядке убывания элементов, то он будет выглядеть следующим образом: Fe > Zn > Cu > Sr > Pb [6].
Требования к компосту, полученному из ТБО
ТБО должны обезвреживаться и перерабатываться в компост в аэробных условиях на заводах МПБО запроектированных и построенных в соответствии с действующими нормативными документами, в частности «Техническими требованиями на проектирование заводов по механизированной переработке твердых бытовых отходов с целью повышения их экологической безопасности». Компост, производимый из ТБО, должен удовлетворять требованиям ГОСТ Р 55571–2013 «Удобрения органические на основе ТБО. Технические условия» [7,8].
В таблице 1 указаны требования, предъявляемые к составу компоста из ТБО согласно ГОСТ Р 55571–2013 «Удобрения органические на основе ТБО. Технические условия», а также показатели, актуальные для грунта, производимого из ТБО на полигоне, расположенном вблизи г. Санкт-Петербург.
Таблица 1
|
Наименование показателя |
ГОСТ Р 55571–2013 |
Полигон ТБО |
|
Влажность |
Не более 50 % |
Не более 70 % |
|
Содержание органического вещества на сухой продукт |
Не менее 45 % |
Менее 50 % |
|
pH водной вытяжки |
6,0–8,0 |
5,6–7,5 |
|
Бенз(а)пирен |
Не более 0,02 мг/кг сух. вещества |
Не более 5 ПДК |
|
Наличие патогенных и болезнетворных микроорганизмов, в том числе бактерий группы кишечной палочки, энтерококков |
Не допускается |
Индекс 1–1000 КОЕ/кг |
Принимаемые на заводы МПБО твердые бытовые отходы должны отвечать требованиям, также приведенными в ГОСТ Р 55571–2013 «Удобрения органические на основе ТБО. Технические условия».
В таблице 2 представлены требования к сырью, согласно ГОСТ Р 55571–2013, а также характеристика сырья, поступающего на с полигона на обработку.
Таблица 2
|
Наименование показателя |
ГОСТ Р 55571–2013 |
Полигон ТБО |
|
Влажность, % |
Не более 60 |
Не более 70 |
|
Содержание органического вещества, % на сухое вещество |
не менее 45 |
не менее 50 |
|
Содержание бумаги, % |
20,0–45,0 |
0,20–18,0 |
|
Содержание стекла, % |
Не более 8,0 |
10,84–23,99 |
|
Суммарное содержание инертных материалов (металл, стекло, дерево, кожа, резина, камни, пластмасса), % |
Не более 25,0 |
17,5 |
Требования, предъявляемые к компосту из ТБО по тяжелым металлам, согласно ГОСТ Р 55571–2013, указаны в таблице 3 [8].
Таблица 3
|
Наименование показателя |
Норма |
|
Массовая доля примесей токсичных элементов (валовое содержание), в том числе отдельных элементов, мг/кг сухого вещества, не более: |
|
|
- свинец |
200,0 |
|
- кадмий |
5,0 |
|
- цинк |
500,0 |
|
- медь |
300,0 |
|
- никель |
100,0 |
|
- хром |
300,0 |
|
- ртуть |
10,0 |
|
- мышьяк |
10,0 |
Заключение
В результате работы был проанализирован фракционный состав получаемого компоста, содержание органической части составило около 30 %, неорганической — 70 %.
Результаты качественного определения тяжелых металлов показали наличие следующих элементов: Fe, Zn, Cu, Sr, Pb. Для заключения о степени опасности получаемого компоста рекомендуется провести количественное определение обнаруженных элементов с применением атомно-адсорбционного метода.
Поскольку компост оказывается загрязненным тяжелыми металлами, его рекомендуется использовать не для сельского хозяйства, а лишь в восстановительных целях для почвы, например, для лесовосстановления.
Литература:
- ГОСТ Р 57446–2017 Наилучшие доступные технологии. Рекультивация нарушенных земель и земельных участков. Восстановление биологического разнообразия.
- О. В. Орлова, И. А. Архипченко Гуминовые вещества компостов из твердых бытовых отходов как перспективный стимулятор роста растений // Российская сельскохозяйственная наука. — 2009. — С. 35–38).
- Д. М. Малюхин Экологические аспекты использования органогенных субстратов при рекультивации полигонов твердых коммунальных отходов // Геоэкология. — Санкт-Петербург. 2018. С. 19–23.
- Х. А. Джувеликян Д. И. Щеглов Загрязнение почв тяжелыми металлами. Способы контроля и нормирования загрязненных почв // Учебно-методическое пособие для вузов. — Воронеж. 2009. — С. 6–9.
- G. U. Chibuike, S. C. Obiora Heavy Metal Polluted Soils: Effect on Plants and Bioremediation Methods // Applied and Environmental Soil Science. — Nigeria. 2014. PP. 1–3.
- Синельникова Н., Минина Н. Изучение содержания тяжелых металлов в продукции, полученной в процессе компостирования муниципальных органических отходов на полигоне ООО «Новый Свет — Эко». — Санкт-Петербург. — 2020.
- Технические условия на компост, вырабатываемый на мусороперерабатывающих заводах. ТОО «ЭКОТЕХ-МОСКВА». [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200000115
- ГОСТ Р 55571–2013 Удобрения органические на основе твердых бытовых отходов. Технические условия.
