Отримувати новини

Статті

Повернутися до переліку cтатей
ЕКОтрансформація

Як використати технічну воду та біогумусові субстрати, отримані при кондиціюванні стічних вод та осадів: ефективні методи боротьби з деградацією ґрунтів та опустелюванням в Україні

Проблематика сьогодення

Україна входить до першої десятки країн світу по кількості орних земель, площі яких становлять близько 32,5 млн. га, однак на них постійно прогресує деградація ґрунтів.

ДОВІДКА!
Деградація — погіршення властивостей ґрунтів, зумовлене зміною умов ґрунтоутворення внаслідок господарської діяльності людини або природних процесів, стимульованих цією діяльністю, що супроводжується втратою ґрунтами продуктивних та екологічних функцій.

ФАКТОРИ НЕБЕЗПЕКИ:

  • Через деградацію ґрунтів та опустелювання втрачається біорізноманіття, водні об’єкти, зокрема малі річки, міліють та пересихають, зростає евтрофікація водойм, забруднення ґрунтових вод, збільшується концентрація в атмосфері тепличних газів тощо.
  • Властивість ґрунтоутворення погіршується внаслідок нераціональної господарської діяльності й пригнічується в умовах глобального потепління та під впливом забруднення ґрунтів хімічними добривами.
  • У результаті цього більша частина сільськогосподарських угідь України є непридатною чи обмежено придатною для вирощування екологічно чистої сільськогосподарської продукції.
  • Через деградацію ґрунтів збитки, спричинені недоотриманням сільськогосподарської продукції, оцінюють в Україні у понад 600 млн євро/рік.

Одним з основних чинників деградації ґрунтів в Україні, поряд із незбалансованою структурою земель із значним перевантаженням сільськогосподарських угідь, є ерозія (44 %) та дегуміфікація (23 %). Гумус є основою родючого шару ґрунтів. У ньому зосереджено 98 % запасу ґрунтового азоту, 60 % — фосфору, 80% — калію та всі інші мінеральні елементи харчування рослин у збалансованому стані.

Так, щорічний дефіцит гумусу в Україні становить близько 110 кг/га, а для орних земель — 3,57 млн т/рік. До суттєвого зменшення гумусу у ґрунтах призвело інтенсивне землеробство, хімізація сільськогосподарського виробництва, нераціональне використання води на зрошуваних землях. Тому збагачення малопродуктивних земель гумусом є одним із першочергових завдань у протидії процесам їх деградації.

Утворення гумусу — це біохімічний процес, при якому у середньому 80–90 % органічних решток рослинного й тваринного походження у ґрунтах мінералізується мікроорганізмами, хробаками та грибами до кінцевих мінеральних продуктів, що засвоюють рослини, і лише 10–20 % йде на утворення гумусу у біохімічних процесах гуміфікації. Біогумус — це жива матерія, створена мікроорганізмами з неживої речовини за 3,5 млрд років, що містить гумус та біоценоз мікроорганізмів, які забезпечують також структурно-механічні властивості ґрунту та біохімічні процеси в ньому.

ВАЖЛИВО! Для боротьби з дегуміфікацією ґрунтів, поряд з традиційними шляхами їх збагачення органічними субстратами (компостом, перегноєм, торфом тощо), які переробляються біоценозом ґрунтових організмів у гумус, важливим є внесення у ґрунт біосубстратів із високим вмістом біогумусу, отриманих у штучно створених умовах промислового виробництва із застосуванням біотехнологій.

Як отримати біогумус

Основними методами промислового отримання біогумусу є перероблення органічного субстрату дощовими хробаками (метод вермікультури), а також перероблення в біогумусовий субстрат органічного субстрату біоценозом мікро організмів, які в умовах підтримання оптимального температурного та гід равлічного режиму в анаеробних біореакторах утворюють біосубстрат, що містить біогумус, при цьому в процесі гуміфікації органічного субстрату виділяється біогаз, який є альтернативним джерелом теплової та електричної енергії.

У групі компаній, до якої входять ТОВ ЮНІЛОС-УКРАЇНА, ТОВ УкрНІЦ ПОТЕНЦІАЛ-4 та ПП ПОТЕНЦІАЛ-4, розроблені та апробовані технології отримання біогумусових субстратів і біогазу з рідкого гною свиней, курячого посліду, осадів стічних вод каналізаційних очисних споруд та інших органічних відходів виробництва.

За результатами науково-дослідних, дослідно-конструкторських і дослідно-виробничих робіт розроблено два основні типи біотехнологій та споруд отримання технічної води та біосубстратів з удобрювальними властивостями.

Два основні типи біотехнологій

Перший тип — в спорудах для отримання твердого біосубстрату із сировини — механічно зневоднених осадів стічних вод шляхом витримування з біопрепаратами у буртах і траншеях із забезпеченням анаеробних процесів гуміфікації та з одержанням біогумусового субстрату вологістю 65–70 %.

Другий тип — в спорудах для анаеробного зброджування концентрованих виробничих стічних вод і твердих виробничих відходів (курячого посліду тощо) у біогумусних установках — анаеробних біореакторах, де утворюються тверді та рідкі біосубстрати із високим вмістом гумусу та біоценозом організмів — гуміфікаторів. При цьому продукується біогаз — альтернативне джерело теплової та електричної енергії.

Про біотехнологію

Запровадження цих біотехнологій розглянемо на конкретних прикладах. Першим напрямом науково-дослідної діяльності було отримання з природного гною свиней твердого біосбстрату в буртах, а рідкого — технічної води для удобрювально-зволожувальних поливів — у лагунах.

На рисунку показано технологію очищення виробничих стічних вод для отримання твердих та рідких біосубстратів, яку було запроваджено на тваринницькому комплексі вирощування свиней.

Ця технологія базується на послідовному використанні фізико-хімічних процесів оброблення виробничих стічних вод реагентом, у результаті якого припиняється виділення в атмосферу аміаку та сірководню, й утворюються сполуки фосфору, які переходять в осад, із наступним розподілом на твердий та рідкий субстрат в сепараторі, із буртуванням твердої фази після інокуляціїї біоценозом селективних факультативних мікроорганізмів та ферментів для прискорення процесів гуміфікації біосубстрату у вкритих ґрунтом буртах.

В освітлені в сепараторі стічні води додають біопрепарат та відводять в аеробний SBR-реактор, обладнаний механічним аератором та насосом для подачі надлишкового активного мулу на шнековий дегідратор, з якого зневоднений осад вивозять на компостування в бурти разом із механічно зневодненим на сепараторі осадом виробничих стічних вод після їх оброблення реагентами.

Далі, після аеробного біологічного доочищення, рідка фаза виробничих стічних вод відводиться у біоставки (гідроізольовані лагуни), і після доочищення набуває властивостей рідкого біосубстрату, придатного за своїми гідрохімічними та санітарно-гігієнічними показниками для удобрювальних поливів сільськогосподарських угідь під час вирощування на них кормових і зернових культур (ячменю на виготовлення комбікорму та ін.).

Потім тверда фаза транспортується самоскидами на майданчик компостування, де осад складають у бурти, вкривають шаром ґрунту товщиною 20–30 см для забезпечення проходження у механічно зневодненому осаді анаеробних процесів утворення біосубстрату з вологістю менше 70 %. Для інтенсифікації анаеробних процесів біодеградації компонентів зневодненого осаду та гуміфікації біосубстрату використовують мікроорганізми високоактивних біопрепаратів — зокрема, КРОНОС АГРО, БІОСАН та ін. Їх застосування в дозах 0,1 кт/т зневодненого осаду в умовах підвищення температури всередині буртів за рахунок екзотермічних процесів гуміфікації біосубстрату дає змогу отримати зрілий біосубстрат із високим вмістом гумусу після 3–4 місяців витримування.

До речі, такий біосубстрат не містить патогенної мікрофлори та життєздатних яєць гельмінтів, має збалансоване співвідношення органічних та мінеральних сполук азоту, фосфору та калію, містить мікроелементи — залізо та інші необхідні для розвитку рослин речовини, корисну сапрофітну мікрофлору, яка є складовою біогумусу та забезпечує переведення поживних речовин біосубстрату у форму, придатну для їх засвоювання рослинами.

Підкреслю, що багатолітній досвід щорічного внесення на сільськогосподарські поля під оранку твердого біосубстрату, отриманого з виробничих стічних вод свинокомплексу, виробничих стічних вод солодового заводу, підтвердив його позитивний вплив на структурно-механічні та удобрювальні властивості ґрунту, сприяв підвищенню урожайності ячменю. За даними підприємств, які використовують біосубстрат, отриманий зі зневоднених осадів, урожайність ячменю на сільськогосподарських полях, удобрених біосубстратом із внесенням його восени в дозі 0,3 т на га, зросла на 35–40 % порівняно з урожайністю на полях, де біосубстрат не вносили.

При змішуванні біосубстрату з іншими складовими — піском, торфом, засоленими, забрудненими та малородючими ґрунтами — утворюється ґрунт, придатний для вирощування трави, дерев, квітів, енергетичних та інших рослин. Внесення біосубстратів відновлює екосистему деградованих ґрунтів, покращує їх родючість та структуру. Використання кондиціонованого рідкого біосубстрату зменшує обсяг застосування для поливу природної прісної води. Створений із відходів виробництва твердий біогумусовий субстрат 60–65 % вологості, який відновлює родючість і структуру малопродуктивних, засолених і забруднених ґрунтів, можна використовувати на власних землях і для продажу з метою боротьби з дегуміфікацією ґрунтів на орних землях та для вирощування на малопродуктивних землях енергетичних рослин, які використовують у твердопаливних котлах в якості біомаси як джерела альтернативної теплової енергії, і на ТЕС на біопаливі.

Другим напрямом науково-дослідної діяльності стало створення біогумусової установки для отримання біосубстратів і біогазу під керівництвом автора запатентованої розробки — інженера Олександра Мандельштама. Дослідно-виробничі випробування технології отримання біосубстратів та біогазу в біогумусовій установці дали змогу отримати оптимальні параметри її експлуатації з одержанням біосубстрату та біогазу на різних типах сировини — пташиному посліді, рідкому гної великої рогатої худоби, надлишковому мулі станцій біологічного очищення господарсько-побутових стічних вод, відходах кондитерського виробництва, спиртзаводів та ін. Обсяг добового надходження сировини на дослідно-виробничу біогумусову установку коливався від 25 до 42 т залежно від типу сировини (відходів), вологості та її хімічного складу. В умовах виробничих досліджень, крім біосубстратів, було отримано біогаз із вмістом біометану до 72 %, вихід якого коливався від 30 до 75 % з тонни переробленої сировини.

Робота біогумусної установки досліджувалась у мезофільному та термофільному режимах. Отриманий біогаз використовувався для власних потреб — зокрема, для підтримування необхідних температурних умов в анаеробних біореакторах та в будівлі з анаеробними біореакторами. Щоб створити кондиційне повітряне середовище для стабільної цілорічної роботи біогумусної установки, допоміжного обладнання та обслуговуючого персоналу незалежно від метеорологічних умов, розробили огороджувальні конструкції. На основі проведених виробничих досліджень було випробовано конструкцію біогумусної установки нового покоління, яка працює в мезофільному режимі на сировині низької вологості. Отриманий механічно зневоднений біосубстрат використовували для проведення досліджень на малопродуктивних ґрунтах.

Отже, проведені польові дослідження з вирощування рослин на малопродуктивних засолених та забруднених нафтопродуктами ґрунтах — супісках, із внесенням у ґрунти дослідних ділянок біосубстратів, отриманих у біогумусній установці з курячого посліду, підтвердили покращення родючості ґрунтів та показали приріст біомаси вирощених рослин на ділянках, де були внесені біосубстрати.

Результативність методів та результати їх впровадження

Так, завдяки внесенню зневодненого до 70 % вологості біосубстрату з високим вмістом біогумусу та поливу дослідних ділянок рідким біосубстратом (фільтратом з установки механічного зневоднення збродженої біомаси) родючість ґрунту та його структура були відновлені, а урожайність рослин у дослідах із внесенням біосубстратів зросла майже вдвічі порівняно з конт рольними дослідами — без внесення біосубстратів. Зокрема, при внесенні на дослідних ділянках біосубстату з анаеробного біореактору в дозі, еквівалентній 50 кг/га, біомаса трави порівняно з контрольною зросла на 45–52 %.

Тож внесення у ґрунт (супісок) дослідних ділянок твердого біосубстрату, отриманого в біогумусній установці, у дозах, еквівалентних 30, 60 і 90 т/га, дало змогу підвищити урожайність ячменю з 0,03 т/га (контрольний варіант) до 0,9 т/га (при внесенні 60т/га) і до 1,96 т/га (при внесенні 90 т/га). Унесння біосубстрату біогумусової установки сприяло підвищенню біологічної активності біоценозу мікроорганізмів родючого шару ґрунту — ефективність розкладу целюлози у ґрунті збільшилася за рахунок інтенсифікації біохімічних процесів її біодеструкції залежно від дози внесення біосубстрату відповідно на 7 % (при дозах біосубстрату 30 т/га), на 13 % (при дозах біосубстрату 60 т/га), та на 33,2 % (при дозах біосубстрату 90 т/га).


Ринком збуту біосубстратів можуть бути країни та регіони, що не мають власних родючих ґрунтів (чи мають у недостатній кількості, унаслідок кліматичних умов), придатних для сільськогосподарської діяльності; фермерські господарства будь-яких розмірів, які потребують екологічно чистих органічних добрив; сільськогосподарські кооперативи, великі агрохолдинги, організації з відновлення та очищення земель.


Постачальниками біосубстратів можуть бути птахофабрики, тваринницькі комплекси, підприємства з перероблення сільськогосподарської продукції, каналізаційні очисні споруди міст та селищ тощо. Для кожного виробництва після обстеження об’єкту з метою вивчення наявної та залученої сировини (відходів), умов збуту чи використання для власних потреб біосубстратів, отриманих на біогумусній установці, індивідуально розробляється проектно-кошторисна документація на будівництво; розраховуються технологічні параметри отримання на біогумусній установці біосубстратів із наявних або залучених відходів для їх перероблення; визначаються фінансові вкладення в отримання біосубстратів і строк їх окупності, собівартість біосубстратів, ринки збуту.

На основі виконаних досліджень розроблено каналізаційні очисні споруди (КОС) закритого типу, в яких технологічними рішеннями передбачене використання блочно-модульних комплексів кондиціювання стічних вод та осадів (БМК КСВО), які забезпечують нормативну якість зворотних вод для технічних потреб, зокрема їх високу удобрювальну цінність для синергетичних біоплато із системами цілорічного внутрішньоґрунтового зрошення енергетичних рослин, екологічну й санітарно-епідеміологічну безпеку зневодненого біосубстрату з високим вмістом біогумусу, отриманого з осадів стічних вод і біомаси енергетичних рослин при їх використанні як джерела отримання біогазу та як альтернативного джерела енергії в твердопаливних котлах на біоТЕС.

Розроблена технологія запроваджена у проект будівництва КОС господарсько-побутових стічних вод закритого типу з БМК КСВО та синергетичним біоплато потужністю 7 тис. м3/добу, при цьому площа майданчику споруд має становити 4 га, із врахуванням площі під енергетичні рослини — 3,8 га, та площі під будівлею КОС закритого типу — 0,2 га. Санітарно-захисна зона від таких КОС закритого типу потужністю 7 тис. м3/добу до житла — 150 м. Станція продукуватиме біосубстрат 70 %-ї вологості з вмістом гумусу близько 60 % у кількості 1,7 т на рік, якого при щорічному внесенні у ґрунт у кількості 0,4 т/га буде достатньо для покриття дефіциту гумусу у деградованих ґрунтах на площі 3,8 га.

ВАЖЛИВО! Проект передбачає використання всіх кондиційних зворотних вод цілорічно в синергетичному біоплато із внутрішньогрунтовим зрошенням енергетичних рослин та на потреби в технічній воді КОС.

Отриманий біогаз використовуватиметься для власних потреб КОС, його надлишок — у когенераційній установці для отримання електроенергії. Запровадження КОС закритого типу з блочно-модульними комплексами кондиціювання стічних вод та їх осадів (БМК КСВО), які забезпечують нормативну якість зворотної води з її використанням для технічних потреб, зокрема в синергетичних біоплато із системами цілорічного внутрішньогрунтового зрошення енергетичних рослин, та отриманням в анаеробних біореакторах КОС із осадів стічних вод і біомаси енергетичних рослин — біосубстрату та біогазу, є особливо актуальним для підприємств з проблемами екологічної та техногенної безпеки — птахофабрик, комплексів із вирощування свиней, корів, птиці та інших тварин, підприємств із перероблення сільськогосподарської продукції — зокрема, солоду, вина, м’яса та молока тощо.

Будівництво таких споруд сприятиме підвищенню рівня екологічної та техногенної безпеки сільськогосподарських та комунальних підприємств завдяки отриманню біосубстратів із біомаси відходів виробництва, енергетичних рослин та осадів стічних вод; припиненню забруднення ними довкілля, ресурсозбереженню — завдяки використанню кондиційних зворотних вод на технічні потреби підприємств і зрошення; використанню енергетичних рослин і біогазу як альтернативного джерела енергії, біосубстрату — для покриття дефіциту гумусу в деградованих ґрунтах.

Матеріал підготувала Олена Коцар, к. т. н., проект-менеджер Юнілос-Україна

Джерело: журнал «ECOBUSINESS. Екологія підприємства»  № 2, 2019

Дізнавайтесь першими найсвіжіші новини з екології на нашій сторінці в Facebook та каналі в Telegram

Розсилка новин

Щоб отримувати всі публікації
від сайту «ecolog-ua.com»
у Facebook — натисніть «Подобається»

ecolog-ua.com

Дякую,
не показуйте мені це!