Почти все органические отходы промышленности и коммунального хозяйства содержат основные макро- и микроэлементы, необходимые для питания растений. Чем больше этих макроэлементов в отходах, тем выше ценность приготовленных из них удобрений. Однако применение отходов, содержащих значительное количество микроэлементов, особенно тяжелых металлов, ограничивается рядом требований. Например, такие тяжелые металлы, как кобальт, хром, медь, никель и цинк, относятся к микроэлементам, необходимым для роста и развития растений. Негативное действие их проявляется только при внесении в почву в избыточном количестве.

Кадмий, свинец, ртуть, обладающие способностью постепенно накапливаться в организме человека и животных, представляют опасность даже при невысоких концентрациях в почве. В большей степени отрицательное действие тяжелых металлов проявляется на песчаных, супесчаных и легкосуглинистых почвах. При удобрении более богатых гумусом тяжелосуглинистых и среднесуглинистых почв с высокой поглотительной способностью тяжелые металлы в значительной мере закрепляются в почвенном поглощающем комплексе, связываются органическим веществом с образованием металлоорганических соединений (хелатов) и становятся менее доступными для растений.

Допустимые концентрации тяжёлых металлов в почве

В зависимости от механического состава и гумусированности почвы величину допустимой добавки вредных примесей, согласно рекомендациям Минсельхоза РСФСР (М., Россельхозиздат, 1982), уменьшают на понижающий коэффициент (табл. 123).

Известкование также уменьшает поступление тяжелых металлов в растения. Предельно допустимые концентрации ПДК тяжелых металлов в почве рассчитывают по так называемому цинковому эквиваленту. Токсичность меди для растений в 2 раза, а никеля — в 8 раз больше, чем цинка. Опасность для роста и развития растений возникает при суммарном накоплении в почве тяжелых металлов более 250 мг/кг (в пересчете на цинковый эквивалент).

Табл. 123. Понижающие коэффициенты к величине допустимой добавки вредных примесей в почву.

Содержание гумуса, %	Механический состав почвы
	песок	супесь	суглинок
0,5-1,0 1,0-2,0 2,0-3,0	0,6 — —	0,6 0,7 —	— 0,8 0,9

По данным Института общей и коммунальной гигиены имени А. Н. Сысина, ПДК тяжелых металлов в почве следующие (г/т): для хрома шестивалентного — 0,05, мышьяка — 2, ртути — 2,1, кадмия — 5, свинца — 32 и никеля — 50.

С учетом ПДК и фонового содержания при общем сроке внесения органических удобрений из отходов на один и тот же участок в течение 50 лет и частоте 1 раз в 5 лет величину общего допустимого поступления в почву вредных примесей определяют по формуле:

В_общ= (ПДК - Ф) •3000,

где Ф — фоновое содержание элемента в почве, г/т; 3000 — масса 20-сантиметрового слоя почвы, т/га.

Среднюю ежегодную норму внесения удобрения в почву (Дср, т/га сухого вещества) определяют по формуле.

Максимальная разовая доза внесения удобрений (Дмакс) не должна превышать пяти среднегодовых норм (5 Дср). Например, при ПДК мышьяка 2 г/т почвы и чистом фоне по этому элементу величина общего допустимого поступления его в почву будет равна:

В_общ= (2-0)•3000 = 6000 г/га.

Тогда при содержании мышьяка в удобрении, например, 8 г/т среднегодовая норма внесения его в почву составит.

Таким образом, максимальная разовая доза внесения должна ограничиваться 75 т/га удобрения, содержащими 600 г мышьяка (75 т•8 г/т=600).

Но максимально допустимая разовая доза внесения дополнительно ограничивается еще максимальной среднегодовой нормой азота, равной 200 кг/га. Например, при содержании в удобрении из отходов общего азота 3%, или 30 кг/т абсолютно сухого вещества, максимальная доза удобрения по азоту будет ограничиваться 7 т (Дмакс = 200: 30 ≈ 7) на сухое вещество. В данном случае, когда в удобрении из органических отходов из тяжелых металлов был только мышьяк, фактором, ограничивающим разовую дозу внесения удобрения в почву, оказался азот. Однако этот расчет весьма условный, так как в органических отходах промышленности и коммунального хозяйства содержится обычно несколько видов тяжелых металлов. Поэтому необходимо прежде пересчитать содержание их на цинковый эквивалент, а затем выполнить приведенный расчет. В связи со сложностью расчетов, непостоянством содержания в отходах тяжелых металлов, а также опасностью внесения в почву недопустимо большого количества токсических веществ необходима особая осторожность в выборе удобряемых культур.

Осадки сточных вод

Из всех отходов промышленности и коммунального хозяйства наибольшее значение имеют осадки сточных вод, городской мусор и отходы промышленности.

По расчетам Академии коммунального хозяйства имени К. Д. Памфилова, количество осадков на станциях аэрации достигнет к 1990 г. примерно 9-10 млн. т (в расчете на сухое вещество). По содержанию сухого вещества, основных элементов питания растений и удобрительной ценности такое количество осадка равноценно примерно 50 млн. т навоза.

На очистных сооружениях городов и крупных населенных пунктов количество осадка составляет обычно 0,5-1% объема очищаемых сточных вод. Свежий осадок, получаемый после механической очистки в первичных отстойниках, имеет влажность 92-95%. В связи с высокой бактериальной загрязненностью и большой влажностью его обеззараживают, а затем обезвоживают.

Обеззараживание осуществляют при температуре 56-58 °С путем сбраживания массы в метантенках, куда подают осадок из первичных отстойников и избыточный активный ил в отношении 1 : 1. Обезвоживают осадок тремя способами. На иловых площадках он подсушивается до влажности 60-80% в результате фильтрации и испарения влаги. При этом объем его уменьшается
в 2-10 раз. Для механического обезвоживания используют ва¬куум-фильтры, из которых выходит осадок влажностью около 80%.

На некоторых станциях аэрации производительностью от 30 до 100 тыс. м³ сточных вод в сутки осадки центрифугируют, а затем полученный осадок влажностью около 80% сушат при температуре теплоносителя 700°С с прогреванием частиц осадка до 70-100 °С. При большей мощности станций вместо центрифугирования применяют обезвоживание осадков на вакуум-фильтрах. В этом случае добавляют хлорное железо (3-5%) и известь в количестве 10-15% сухой массы осадка для коагуляции взвешенных коллоидных частиц. Для экономии топлива осадок сушат обычно до 40%-ной влажности. Получается термически высушенный осадок (ТВО) — сыпучая незагнивающая обеззараженная масса с благоприятными физико-механическими свойствами для применения в качестве органического удобрения. Осадки городских сточных вод после механического обезвоживания, метанового сбраживания или термической сушки можно считать обеззараженными от личинок и яиц мух, гельминтов и неспоровых микроорганизмов.

Химический состав осадков подвержен чрезвычайно большим колебаниям по содержанию макро- и особенно микроэлементов и находится в большой зависимости от технологии производства и состава очищаемых сточных вод. Поэтому на каждую партию получаемого осадка следует требовать паспорт с указанием в нем типа осадка, его количества, влажности, содержания органического вещества, азота, фосфора, калия, кальция и магния, гранулометрического состава, санитарных показателей, а также наличия особо вредных тяжелых металлов — шестивалентного хрома, ртути, мышьяка, кадмия, свинца и никеля. Агрохимическая служба контролирует качество осадка, отпускаемого потребителю.

Табл. 124. Состав осадков сточных вод (по данным Люберецкой станции аэрации), % на абсолютно сухое вещество.

Осадок	Азот (N)		Фосфор Р2О5	Калий (К2О)	Кальций (СаО)	Магнии (МgO)
	общий	подвижный
Сброженный Сброженный с активным илом Термически высушенный	3,07 3,93 1,96	0,27 0,70 -	2,33 3,70 3,92	0,210 0,180 0,007	3,48 3,29 5,21	- 0,95 5,81

Ориентировочные данные о содержании основных макроэлементов в осадках коммунально-бытовых и промышленных сточных вод приведены в таблице 124.

Количество органического вещества в сыром осадке в расчете на сухое вещество достигает 75%. Оно состоит главным образом из протеинов, углеводов, жиров, лигнина и бактерии.

Термическая сушка осадка приводит к большим потерям азота, так как почти полностью улетучивается аммиак. Для сокращения потерь осадок надо сушить сразу же после центрифугирования или обезвоживания на вакуум-фильтрах, т. е. еще до возникновения, а точнее в самом начале возникновения интенсивного процесса аммонификации белкового азота. При термической сушке хранившегося осадка потери азота резко увеличиваются, возникает необходимость в дополнение к осадку вносить в почву азот минеральных удобрений.

Термически высушенный осадок (ТВО) — своеобразное органо-минеральное удобрение, в котором в отличие от сброженного осад¬ка содержится большое количество железа, кальция и хлора. Поэтому он не может быть рекомендован в качестве удобрения под культуры, чувствительные к хлору и извести (картофель, табак).

Содержание основных элементов питания растений в ТВО сточных вод, по данным Центральной торфоболотной опытной станции и Академии коммунального хозяйства, приведено в таблице 125.

Табл. 125. Содержание азота, фосфора и калия в ТВО, % на сухое вещество.

Элемент	Тип осадка
	из первичных отстойников	активный ил	смесь осадка из отстойников и ила	сброженный
Азот Фосфор (Р205) Калий (К20)	1,6-4,0 0,6-5,2 0,2-0,6	2,4-6,5 2,3-8,0 0,3-0,4	2,0-5,0 1,0-6,0 0,2-0,5	1,7-6,0 0,9-6,6 0,2-0,5

Осадки сточных вод как основное удобрение вносят осенью под зяблевую вспашку или весной под перепашку зяби или весновспашку. Недостаток калия в осадках дополняют внесением в почву калийных удобрений. По действию на урожай питательные вещества ТВО в сочетании с калием минеральных удобрений почти не уступают равному количеству питательных веществ навоза (табл. 126).

Во втором звене севооборота увеличение норм ТВО с 15 до 60 т/га сопровождалось значительным увеличением сбора кормовых единиц. В первом же звене при повышении нормы ТВО с 15 до 30 т сбор кормовых единиц увеличился; при дальнейшем повышении нормы до 60 т/га прибавка снизилась до 669 корм, ед/гa. Такое действие ТВО объясняется тем, что пшеница и ячмень положительно реагируют на кальций и не так чувствительны к повышенному содержанию хлора в ТВО. Картофель же отрицательно реагирует на повышенное содержание кальция и хлора. Подтверждением этому служит также более высокая эффективность торфяного навоза в звене севооборота с картофелем и более низкая во втором звене.

Табл. 126. Влияние ТВО на сбор кормовых единиц в звене севооборота (данные Центральной торфоболотной опытной станции).

Удобрение, норма, т/га	Картофель — ячмень (первое звено)		Озимая пшеница — ячмень (второе звено)
	сбор, прибавка (+)	оплата 1 т удобрения прибавкой	сбор, прибавка (+)	оплата 1 т удобрения прибавкой
Без удобрения — контроль ТВО:    15    30    60 Торфяной навоз:    15    30    60	3240 +490 +860 +660 +620 +960 +1200	- 66 58 22 82 60 40	3200 +740 +1130 +1550 +560 +610 +970	- 98 76 52 74 40 32

Следует отметить, что вносить 30 и 60 т/га ТВО нельзя, так как с таким количеством в почву поступает необоснованно много азота — 500-1000 кг/га, а также тяжелых металлов, что может привести к опасным последствиям.

Поскольку осадки сточных вод могут содержать тяжелые металлы, нефтепродукты, моющие вещества и другие вредные примеси, их используют для удобрения только с разрешения местной санитарно-эпидемиологической службы. В первую очередь их следует применять для удобрения древесно-кустарниковой растительности, парков, газонов, а также лубяных и других культур, не идущих на корм и в пищу. Запрещается удобрять ими овощные культуры. Под остальные культуры осадки можно вносить лишь с разрешения санитарной службы и под контролем агрохимической службы.

Городской мусор

Из отходов коммунального Хозяйства второе место по объемам накопления и пригодности для производства компостов занимают бытовые отходы (городской мусор). В городах нашей страны их накапливается ежегодно примерно 20 млн. т. В перспективе выход их, по данным Академии коммунального хозяйства, составит около 30 млн. т. Состоят они в основном из кухонных отбросов (30-40%) и бумаги (20-30%).

Уборка и обеззараживание бытового мусора из городов и крупных населенных пунктов — коммунальная и санитарная проблема, которая решается по-разному в основном тремя способами: обеззараживанием на свалках, сжиганием, биотермическим обеззараживанием при производстве компостов на заводских установках.

Обеззараживание мусора путем длительного компостирования на свалках хотя и является наиболее распространенным способом, однако санитарная служба считает его неперспективным из-за зловония и опасности распространения инфекций и инвазий. Обеззараженный на свалках прокомпостированный мусор без удаления примесей непригоден для удобрения, так как применение его приводит к сильному засорению полей металлом, битым стеклом, кирпичом, пластиками, полиэтиленовой пленкой и другими отходами.

В связи с возрастающими требованиями к охране окружающей среды и ростом накопления в городах твердых бытовых отходов в отечественной и зарубежной практике все большее распространение получают промышленные методы биотермического обеззараживания и переработки отходов.

Компост заводского приготовления в расчете на сухое вещество содержит органических веществ 40-52%, измельченного стекла с частицами размером не более 15 мм — 3%, других балластных включений — 4%. Химический состав компоста с Московского мусороперерабатывающего завода по сравнению с навозом низкого качества приведен в таблице 127.

Табл. 127. Химический состав компоста заводского приготовления по сравнению с навозом (Петриченко, 1981).

Удобрение	Сухое вещество, %	Макроэлементы, % на сырое вещество				Микроэлементы, мг/кг абсолютно сухого вещества
		Nобщ	Р2О5	К2О	СаО	Рb	Zn
Компост Навоз крупного рогатого скота	70,5 39,9	0,8 0,5	0,5 0,3	0,4 0,6	3,6 0,5	101 4	740 100

Компост заводского приготовления характеризуется низким содержанием аммонийного азота (не более 0,05%) и очень широким отношением C:N—NH₄ (около 500) — примерно в 5 раз большим, чем в навозе. Поэтому азот компоста по действию на урожай уступает азоту навоза (Петриченко, 1981).

Из-за высокого содержания свинца и цинка использовать компост целесообразно лишь для удобрения парков, газонов, а также лубяных и других культур, не используемых на корм животным и в пищу. Применять компосты из твердых бытовых отходов для удобрения овощных культур запрещается. Под остальные культуры его можно вносить только с разрешения санитарной службы и под контролем агрохимической службы.

Промышленное производство компостов из твердых бытовых отходов и применение их для удобрения находят все более широкое распространение за рубежом. В Чехословакии действует более 20 компостных заводов, во Франции — более 40 сооружений ускоренного механизированного обеззараживания мусора, в Италии — 12, в Швейцарии — 25.

В нашей стране работают мусороперерабатывающие заводы в Москве, Ленинграде и ряде других крупных городов.

Промышленные отходы

В промышленности получают разнообразные органические отходы, часть которых может быть использована на удобрение. Из-за небольших объемов производства и низкого содержания питательных веществ большинство из них имеет местное значение, так как доступно в основном колхозам и совхозам, расположенным недалеко от фабрик и заводов.

Все органические отходы промышленности, используемые на удобрения, можно разделить в основном на три группы.

1. Отходы, требующие компостирования. К этой группе относятся отходы, опасные в санитарно-гельминтологическом, энтомологическом и фитосанитарном отношении. В эту группу входят каныга (отход боен), отходы от пера, пуха, шелуха семян масличных культур, клюквенный и яблочный жмыхи, выжимки из винограда, винные осадки.
2. Отходы, требующие заблаговременного внесения в почву. К числу этих отходов относится мякоть и мезга, шрот из виноградных зерен, отходы щетинных фабрик, подметы шерстяных цехов, срезы от фетровых изделий, шерстяные отходы и шерстяная пыль. Как правило, это отходы с широким отношением углерода к аммонийному азоту (С : N—NH₄), При внесении их в почву перед посевом наблюдается временное биологическое закрепление доступного азота почвы микроорганизмами, что приводит к азотному голоданию растений и даже снижению урожайности. Поэтому их применяют задолго до посева — под вспашку черного пара и под зябь, а перед посевом вносят в почву азотные удобрения.
3. Отходы, пригодные для удобрения без ограничений. К этой группе относятся свиной и говяжий шлям (отходы боен), сырые рыбные отходы, мездра, отходы клейтукового производства, роговая и галалитовая стружка, шелковичная куколка, шелковый пух, экскременты шелковичных червей, табачная и махорочная пыль, табачные листья после извлечения никотина, клещевинный шрот, клещевинный, хлопковый, рыжиковый, рапсовый, сурепный жмыхи.
   

Содержание основных элементов питания растений и рекомендуемые нормы внесения промышленных отходов в почву приведены в таблице 128.

Табл. 128. Состав и нормы внесения промышленных отходов (по данным, обобщенным С. П. Гусевым).

Вид отхода	Содержание				Вид удобрения по содержанию питательных элементов	Норма, т/га
	воды	азота (N)	фосфора (Р2О5)	калия (К2О)
1	2	3	4	5	6	7
Отходы, требующие компостирования
Каныга Отходы от пера и пуха Шелуха семян масличных культур Клюквенный жмых Яблочный жмых Выжимки из винограда Винные осадки	85-50 85-50 85-50 Воздушно-сухой То же Воздушно-сухие То же	0,3 6,7 0,7 1,1 1,6 0,8 3,9	0,9 — 0,3 — — — 0,8	0,40 — — — — — 3,80	Полное Азотное » » » » Азотно-калийное	20-40 4* 30* 20 15* 25* 8*
Отходы, требующие заблаговременного внесения в почву
Мякоть и мезга сырая Шрот из виноградных зерен Шерстяные отходы и шерстяная пыль Подметы шерстяных цехов Срезы от фетровых изделий Отходы щетинных фабрик	Воздушно-сухая Воздушно-сухой Воздушно-сухие То же » »	0,2 1,7 8,0 3,7 8,0 2,7	0,3 0,2 — — — —	0,07 — — — — —	Азотно-фосфорное То же » » » »	20 3-6 1-2 2-4 0,6-1,2 2-4
Отходы, пригодные для удобрения без ограничений
Шлям:    свиной    говяжий    сухой Рыбные отходы сырые Отходы клейтукового производства Мездра » Роговая стружка Галалитовая стружка Шелковичная куколка Шелковый пух Экскременты шелковичных червей Табачная пыль Махорочная пыль Табачные листья после извлечения никотина Клещевинный шрот Жмых клещевинный Жмых:    хлопковый    рыжиковый    рапсовый    сурепный	92,2 86,2 Воздушно-сухой - 61 Сырая Воздушно-сухая Воздушно-сухая То же » Воздушно-сухой Воздушно-сухие 8,4 11,0 43,9 Воздушно-сухой То же Воздушно-сухой То же » »	0,8 1,6 11,7 2,5 1,9 2,0 6,0 14,0 12,6 12,1 11,7 2,8 2,4 2,6 1,9 7,1 5,7 7,4 4,5 5,1 4,6	— — — 2 — — 0,3 1,0 3,1 2,3 — 0,5 0,4 0,9 — 2,2 1,7 2,6 2,0 2,1 2,6	— — — — — — — — — — — 3,20 3,00 2,50 — 1,20 1,00 1,50 1,20 1,20 -	Азотно-фосфорное То же » » » » » Азотное В основном азотное То же » Полное Азотно-калийное и частично фосрное То же Азотное В основном азотное То же В основном азотное То же » »	6-12 3-6 0,4-0,8 6-12 2,5-5 2-4 0,7-1,5 0,3-0,6 0,4-0,8 0,4-0,8 0,4-0,8 2-4 2-4 2-4 3-6 0,6-1,2 0,7-1,4 0,6-1,2 1-2 1-2 1-2

* Дополнена авторами.

Максимальные нормы рассчитаны, как правило, на внесение в почву в составе отходов примерно 80-100 кг общего азота. Удобрения до 6 т/га можно внести навозоразбрасывателями или в виде добавок к навозу и компостам.