Третиране на отработени утайки от градски пречиствателни станции

В градските пречиствателни станции се извършва биологично пречистване на отпадъчните води. При осъществяване на процеса, освен течната фракция, се получават и големи количества утайки. Те представляват 0,5-1,5% спрямо общия обем на отпадъчната вода и могат да достигнат до 10%. Отделяните утайки от биологичното пречистване на отпадъчните води в градските пречиствателни станции са екологичен проблем-около 2,5mln.t сухи утайки годишно. Освен замърсител на околната среда, те са биомаса богата на органика, макро и микроелементи със състав на азотно-фосфорен тор. В статията ще разкажем за нормативните изисквания към утайките, за третирането на утайките преди оползотворяването им, за приложението им.

Съставът на отработените утайки от градските пречиствателни станции зависи от произхода и качеството на отпадъчните води и от извършваните технологични операции върху тях. Извършените изследвания са показали, че утайките са богати на органична материя, хранителни за растенията химични елементи и полезни микроорганизми. Установено е също в тях и съдържание на соли на тежки метали, органични замърсители и патогенни микроорганизми. Високите им концентрации оказват вредно влияние върху почвата, подпочвените води, растенията и животните. Тези неудовлетворителни показатели ограничават приложението на утайките в земеделието. Необходимо условие за подготовката им за селскостопанско използване се явява тяхното обеззаразяване от патогенна микрофлора и яйца на хелминти. Това налага провеждането на продължителна агрохимична и агроекологична оценка на утайките, както и съблюдаването на определени изисквания, свързани с приложението им.

Химичните, агрохимичните, физико-механичните и биологичните показатели от изследванията и резултатите от изпитванията са определили годността на отработените утайки като подобрител на почвите без замърсяване на околната среда. Внесени в почвата, те се превръщат в източник за образуване на хумус и усвоими за растенията хранителни вещества - азот, фосфор, калий, сяра и микроелементи - желязо, манган, цинк, мед и др.

Използването на утайките в земеделието се препоръчва поради ниското съдържание на хумус в българските почви-1-3% и недостига на органични източници в страната. Съществуват сложни връзки и взаимодействия между почвите и утайките. Необходимо е предварително изготвяне на проект, включващ почвените, теренните и селскостопанските условия, начина на транспортиране и оползотворяване през различните сезони от годината, нормите на торене, вида на културите, икономическия ефект от проведените мероприятия.

Нормативни изисквания
Основание за използването на утайките от градските пречиствателни станции в земеделските почви на територията на ЕС е постановено в Директива 86/278/ЕИО от 12 юни 1986г. за опазване на околната среда. Изискванията на Директивата в българското законодателство са регламентирани с „Наредба за реда и начина за оползотворяване на утайки от пречистване на отпадъчни води чрез употребата им в земеделието” от 14 декември 2004г. Съгласно Наредбата производителите на утайки са длъжни да ги третират по методи, които осигуряват условия за приключване на ферментационния процес. Целта е ограничаване отделянето на неприятните миризми и предотвратяване разпространението на патогенни организми. Предвидено е издаване на разрешения за оползотворяване на утайките в земеделието от „Българската агенция за безопасност на храните“. Тези разрешителни са свързани с изготвянето и прилагането на протоколи от изследване на утайките и почвите, както и спазване на определени изисквания, свързани с дейности по съхранение, обработка, извозване на утайките и др.

Утайките се анализират периодично от производителите на 6 месеца, като се наблюдават агрохимични и химични показатели, съдържание на устойчиви органични замърсители и патогенни микроорганизми, характеризиращи годността им за торене. Резултатите се оценяват в съответствие с пределно допустимите концентрации, установени с Наредбата. Задължителни са показатели като сухо вещество, органично вещество, рН, общ амониев и нитратен азот, фосфор и калий - общи и подвижни форми, калций, магнезий, сяра от сулфати, кадмий, мед, цинк, никел, олово, живак, хром и арсен, полициклени ароматни въглеводороди-ПАВ, полихлорирани бифенили-ПХБ, Esherichia coli, Salmonela spp, Clostridium perfingens, жизнеспособни яйца на хелминти. Изпитванията се извършват в акредитирани лаборатории. Използваните методи за вземане на проби трябва да бъдат унифицирани с европейските стандарти за качество на утайките.

Преди първото използване на утайките върху земеделска земя се вземат задължително почвени проби от нея за анализ. Дълбочината на пробвания слой трябва да е 0-25сm и да отговаря на дълбочината на заравяне на утайката. Препоръчва се, при вземане на следващи проби (на всеки 5 години), да се отчитат първоначалните концентрации на химичните елементи, качеството и количеството на използваната преди това утайка. Задължителни показатели на почвения анализ са: рН, цинк, мед, никел, кадмий, олово, хром, живак, арсен, съдържание на азот, фосфор, калий - общи и подвижни форми, органично вещество. Получените резултати от изпитването се оценяват в съответствие с пределно допустимите концентрации, установени с Наредбата.

Съхранението на утайката трябва да се извършва на площадка в пречиствателната станция на отпадъчни води. Времето от 12-15 месеца, без постъпване на нови партиди от утайка, е достатъчно за загиване на патогенните микроорганизми и естествено обеззаразяване. Необходимо е ежемесечно разбъркване на утайката за създаване на аеробни условия на минерализация.

Товаренето на утайките на транспортни средства се извършва с товарачи, по реда на подреждане на утайката на площадката за съхранение. Могат да се използват и други товароподемни средства. При транспортирането на утайките се препоръчва автосамосвалите да се покриват с брезент, с цел намаляване на миризмите. Така се избягва и общественото недоволство. Разтоварването на утайките трябва да се извършва възможно най-близко до земята. Те не трябва да се оползотворяват върху земи, разположени близо до водоизточници. Разпръскването на утайките върху земеделските земи се извършва от автосамосвали, тороразпръскващи ремаркета, чрез бавно придвижване и равномерно изсипване на утайката.

Третиране на утайките преди оползотворяване
В третирането на утайките се включват всички технологични операции от получаването им до тяхното депониране. Пречистването на отпадъчните води се съпровожда с отделянето на „пресни” и активни утайки, съответно в механичното и биологичното стъпало. На изхода от пречиствателната станция утайките се третират, като преминават през калоуплътнители, изсушителни полета, лентови филтър преси или вакуум-филтри.

За стабилизиране на утайките е необходимо биологично, химично или топлинно обработване, продължително съхранение. С тези обработки се намалява опасността за здравето на хората при тяхното използване върху земеделските земи.

Като ограничение на приложението им в земеделието се явяват техните физични свойства. Такива са утайките, които механично се обезводняват или подсушават на изсушителни полета. Те имат специфична миризма и структура, която затруднява равномерното им внасяне в почвата.

Физико-механичните качества на утайките са важен показател за определяне на техния състав, както и на възможностите им за товарене, извозване и разпръскване.

Зърнометричният състав на утайките е от глинесто-песъкливи пясъци. Преобладаващата фракция в състава е дребният пясък - 62% от общата маса на утайката. Количеството на карбонатите е 4,5%. Хигроскопичната им влажност е висока - повече от 8%. С тези си свойства утайките лесно могат да бъдат подобрители на леки-песъкливо до тежко-песъкливо глинести и ниско хумусни почви.

С помощта на пречиствателните технологии на отпадъчните води се подобряват физико-химичните свойства на утайките. Постига се тяхното обеззаразяване, т.е. намаляване на вирусите в тях. Термичното обработване на утайките с негасена вар дава най-добър обеззаразяващ ефект - повишено алкализиране и рН на средата до 11-12. С тази висока алканост на средата се унищожават патогенните микроорганизми, отстранява се неприятната миризма, задържа се развитието на яйцата на хелминтите. Постига се също и намаляване на влажността - 15-20% и стабилизиране на утайките. Намалява се също подвижността на металите в почвата и интензивността на миграционния процес. Обеззаразяване се постига и при компостиране. Извършва се равномерно подгряване и периодично размесване на компостната маса.

Наличието на патогенни организми - салмонела, яйца от говежда тения, картофена киста, нематоди и вируси в утайките се явяват голяма опасност за здравето на хората при оползотворяването им в земеделието. За намаляване на здравословната им опасност се използват технически методи за тяхната обработка. Използвани методи са: пастьоризацията, мезофилното анаеробно разграждане, термофилното аеробно разграждане, компостирането, варовото стабилизиране, естественото обеззаразяване, изгарянето.

С аеробното термофилно обеззаразяване на утайките - до 70°С, се подобряват техните санитарно-хигиенни качества.

Естественото обеззаразяване и обезмирисяване на утайките се постига при съхраняване на площадка 12-15 месеца. Нетретирана течна утайка с вар трябва да се съхранява най-малко 3 месеца. Ако утайката е преминала през мезофилно анаеробно зреене, съхранението е 14 дни. При съхраняването на утайките завършва минерализацията на органичното вещество.

С компостирането се цели да се подобрят свойствата на утайките извън границите на пречиствателната станция. Приготвят се компостни смеси с органични пълнители - торф, слама, зелена маса - листа, треви, растения и дървени стърготини. Към тях се добавя и оборски тор – 25%, за ускоряване на процесите за агрегиране на компостната маса и обезмирисяването й. Така например, компостът от слама или растителни остатъци напълно съзрява за 1,5-2 месеца в периода май - септември. В този период се извършва нитрификация на амониевия азот в нитратен. Увеличава се концентрацията на подвижния фосфор. Повишава се биологичната активност при торенето. Компостирането на утайки с растителни остатъци се извършва в съотношение 1:1 или 1:0,5. Наблюдават се основните показатели за компостирането - влага, температура, приток на въздух.

В почвата, в корените и следжътвените остатъци на отглежданите култури остават около 1-2kg/da азот, 0,6-0,9kg фосфор и 1kg калий. Съдържанието на азота в количеството на корените и следжътвените остатъци на полските култури съответства на това в 1t свеж оборски тор. Само съдържанието на фосфор и калий в тях е по-малко, отколкото в последния.

Компостирането на утайки с твърди битови отпадъци се извършва при съотношение въглерод/азот по-малко или равно на 16. При това съотношение микроорганизмите предизвикват протичането на екзотермични аеробни реакции. Последните протичат при влажност 32-42% и постоянно подаване на въздух.

С въвеждането на разделното събиране на отпадъците става възможно изграждането на инсталации за компостиране на утайките с влажност 25-30% и твърдите битови отпадъци. Подходящият им капацитет би бил 300t/den. Компостирането на утайки със земни маси се извършва в съотношение 1:2. Полученият от смесването компост се използва за рекултивация на увредени терени, в които липсва достатъчно хумусен почвен слой.

Приложение на утайките
Възможностите за използване на утайките са за торене на земеделските култури, за подобряване на почви с ниско естествено плодородие, за рекултивиране на терени, в горското стопанство, за паркоизграждане и поддържане на тревни площи, в цветарството.

Използването на утайките за наторяване неизбежно се налага заради нарушения баланс на органично вещество в почвите и по-високата цена на минералните торове. С утайки могат да се наторяват технически, зърнено-житни, фуражни и зеленчукови култури, а също и трайни насаждения. Нормите на торене зависят от вида на отглежданите култури, състава на утайките и състоянието на почвата.

Както споменахме по-горе, преди внасянето на утайките в почвата трябва да им се направи анализ за съдържание на основните макроелементи и тежките метали. Препоръчват се утайки за торене, които имат повече от 30% сухо вещество и съдържание на тежки метали под пределно-допустимите концентрации. Нормата се определя по съдържанието на азота. Усвояемостта на последния от растенията зависи от начина на обработка на утайките. Усвояемостта на фосфора в годината на внасяне на утайката в почвата е 50%. Съдържанието на органично вещество в утайките подобрява физичните свойства на почвите и тяхната водозадържаща способност. Намаляват се също обемната им маса и образуването на повърхностна кора в тях. Тези изменения предизвикват увеличаване на ерузионната устойчивост на почвите и намаляване на загубите на хранителни вещества от повърхностния им слой. Внасянето на 0,5t/da суха утайка обогатява почвата с 0,2-0,25t органично вещество. Това количество е достатъчно за осигуряване на запасите от хумус в почвата под зърнени, технически и маслодайни култури. Оптималният срок за внасяне на обработената утайка в почвата е есента при дълбока оран или лятото.

За разлика от минералните торове, хранителните елементи в утайката не са балансирани. Нормата по съдържание на азот може да предизвика излишък или недостиг на един или друг хранителен елемент в растенията. Затова използваните за торене утайки се квалифицират по съдържание на основни хранителни елементи, тежки метали, органохимични замърсители и патогенни микроорганизми. При безопасни стойности на тежки метали в утайките препоръчителните норми за внасяне са 4-6t/da. С това количество се избягва натрупването на излишни тежки метали в растенията.

Подобряването на почви с ниско естествено плодородие - скалисти, плитки и ерозирали, изисква внасяне на утайка с по-голяма наторителна норма. С последната се цели да се подобрят свойствата на почвата и увеличаване хумусообразуването. Обезводнените изгнили утайки се внасят през няколко години в съчетание с подходящи обработки на почвата.

Рекултивирането на нарушени терени - насипи от рудници, кариери за пясък и чакъл, пороища и др., изисква смесването на утайките с неплодородния земен пласт-10-30cm в приемливо съотношение. Те се използват за техническо рекултивиране на нарушените терени. Утайките могат да се компостират с други отпадъчни материали и да се внесат в нарушените терени. В зависимост от бъдещото използване на рекултивирания терен се използват различни норми за рекултивация. Последните варират в границите на 60-100t/da. За всеки конкретен случай на рекултивация се оценяват подробно наличността или липсата на достатъчен хумусен почвен слой, физико-химичните показатели на почвите в района и на наличните отпадъчните материали. Бъдещото предназначение на рекултивирания терен, състава и свойствата на препоръчваните утайки. Характеристиката на наличните земни маси в района, разстоянието от нарушения терен до пречиствателната станция и др. Резултатите от проучванията се използват за изготвяне на проект за рекултивация на нарушени терени.

В Западна Европа е натрупан голям опит по използването на утайките за рекултивация на нарушени терени от добив на рудни и нерудни изкопаеми и др. Прилагат се високи норми за внасяне на утайки. Например, във Великобритания за рекултивация на нарушени терени се използва около 10% от общия обем на произведените утайки от пречиствателните станции.

Използването на утайките в горското стопанство, оказва положително влияние върху прираста на горските дървета. Използват се по-високи норми за наторяване на горските почви. Ефективно се явява рекултивирането с утайки на нарушени горски терени. Тежките метали в утайките, с внасянето в горските почви, се задържат в повърхностните слоеве и не проникват в по-дълбоките. Съществува опасност от замърсяване на подпочвените води с нитрати. Препоръчва се внасяне на твърда или компостирана утайка.

Използването на утайките в паркоизграждането и поддържането на тревните площи се отразява положително в районите на градовете и околностите им. С внасянето на утайките се увеличава водозадържащата способност на почвата, подобряват се водно-физичните й свойства, намалява се опасността от ерозия в озеленените площи. Необходимо е определяне на времето, мястото и тревните смески за възстановяването на тревните площи.

Използването на утайките в цветарството изисква компостиране. Компостираните утайки са рохкави с добра структура. Допълнителното третиране на утайките с вар води до подобряване на необходимите в цветарството органолептични свойства.