Сточные воды – это крупнотоннажные отходы, объем которых увеличивается с ростом общей численности населения планеты. В процессе их очистки образуется большое количество иловых осадков. Они содержат широкий спектр загрязняющих веществ – тяжелые металлы, патогенные микроорганизмы, токсичные органические и неорганические соединения. Но вместе с этим отличаются высоким содержанием макроэлементов, необходимых для роста растений и восстановления поврежденной почвы. Проблема утилизации этих отходов и использование их потенциала в сельском хозяйстве актуальна для мирового сообщества. Ученые ПНИПУ подобрали особый химический состав для утилизации вредных веществ в иловых осадках и разработали способ их переработки. Исследование позволяет эффективно и экономически выгодно получить безопасный материал, пригодный для рекультивации нарушенных земель.

Статья опубликована в журнале «Energies» № 5, 2024 год.

Большинство крупных городов оборудованы очистными сооружениями, которые становятся источником образования иловых осадков. Из-за их негативных свойств простое захоронение неприемлемо. Оно приводит к выбросам парниковых газов в атмосферу, теряется энергетический и материальный потенциал осадков. Сообщество ученых в России ищет способы уменьшить объем таких отходов и использовать их в качестве вторсырья, например, в сельском хозяйстве.

При этом важно предварительно их обработать – убрать высокую обводненность и большое содержание загрязняющих веществ. Из-за тяжелых металлов и фармацевтических препаратов их трудно использовать в качестве удобрения для растений. Но подвергнутые детоксикации осадки подходят в тех случаях, когда требуется много почвенного материала, например, для восстановления нарушенных земель. Вырубка лесов, добыча полезных ископаемых и использование пестицидов ухудшает состояние почвы, из-за чего требуется ее рекультивация. В этом может помочь искусственно созданный, плодородный, чистый технический грунт, в данном случае, из очистных отходов.

Для его производства иловые осадки необходимо предварительно подвергать дезодорации (уничтожению неприятных запахов) и детоксикации (удалению токсичных веществ). То есть снизить выбросы зловонных испарений и сделать тяжелые металлы в составе нерастворимыми, чтобы в дальнейшем они не вымылись в окружающую среду и не усвоились растениями. Для этого обычно используют разные термические и химические методы, но они решают либо только по одной проблеме за раз, либо не эффективны против подвижных форм тяжелых металлов.

Ученые Пермского Политеха экспериментально подобрали уникальный химический состав из реагентов, которые минимизируют в иловых осадках и запах, и тяжелые металлы одновременно. На основе выбранного состава разработали технологию переработки отходов для получения материала, который восстановит поврежденную почву.

– Мы исследовали характеристики осадков до и после их обработки различными добавками. И доказали, что использование определенных комбинаций препаратов для химической обработки более эффективно, чем их применение по отдельности. Комплексная обработка одновременно решает проблему с неприятным запахом и опасными загрязнителями. Наш состав включает в себя негашеную известь, гипохлорит натрия и торф. Такое сочетание реагентов положительно влияет на снижение выбросов запахов из осадка и на связывание тяжелых металлов – их содержание в отходах снижается на 15-81%, – рассказывает старший преподаватель кафедры «Охраны окружающей среды» ПНИПУ Анна Цыбина.

Для очистки от зловонных выбросов применяют хлорноватистую кислоту, гипохлорит кальция, перекись водорода, но сильное окисление из-за них вредит структуре органического материала. Поэтому выгоднее использовать более дешевый, но при этом эффективный реагент – гипохлорит натрия.

Детоксикация осадков сточных вод основана на замене тяжелых металлов щелочноземельными или на их связывании в труднорастворимые соединения. Для этого нужны гуминовые вещества, например, торф или чернозем. Кальцийсодержащие реагенты, такие как мел, гипс или известь, улучшают этот процесс. Они замещают ионы тяжелых металлов на кальций и при этом не препятствуют росту растений.

Чтобы выбрать подходящие вещества, политехники сформировали пробы из иловых осадков и экспериментировали с разными сочетаниями реагентов. Составы оценивали по интенсивности запаха, значениям кислотности, содержанию аммиака и сероводорода в газовых выбросах (как самых опасных и сильно концентрированных из загрязняющих веществ). В результате наиболее эффективными из реагентов, используемых при дезодорации, оказался гипохлорит натрия. А кальций и торф способствуют детоксикации осадков и образованию плодородного гумуса, богатого питательными веществами.

Наибольшее содержание металлов в осадках характерно для марганца, меди, никеля, свинца и цинка. Поэтому на них ученые обращали особое внимание. Их значения в составе снизились до пределов допустимого диапазона. Исследование полученных почвоподобных материалов показало, что они относятся к классу малоопасных. Это подтверждает возможность их использования для регенерации земель.

– Мы предлагаем перерабатывать осадки сточных вод в два этапа. Сначала в цехе механического обезвоживания с помощью раствора гипохлорита натрия и извести для дезодорации. Затем на открытой площадке, например, в иловых отстойниках, где к осадку добавляют торф. Эта двухэтапная обработка позволяет нам свести к минимуму дурнопахнущие выбросы, – поделилась Анна Цыбина.

Политехники рассчитали материальный баланс технологического процесса: на 1 т обезвоженного осадка сточных вод приходится 16,4 кг извести, 2,7 литра гипохлорита натрия и 123 кг торфа. Обработка отходов очистных сооружений таким составом в течение 10-15 суток помимо дезодорации также положительно влияет на связывание подвижных форм тяжелых металлов, содержание которых в осадках снижается до пяти раз.

Разработанный учеными ПНИПУ способ нейтрализует осадки сточных вод для получения на их основе безопасного материала, пригодного для восстановления нарушенных земель. Технология позволяет не только уменьшить объемы очистных отходов, но и использовать их как технический грунт, что экологически и экономически целесообразно.

Подготовка идеального грунта для рассады - важный этап в процессе выращивания здоровых и крепких растений. От качества почвы зависит, насколько хорошо будут усваиваться питательные вещества, и как быстро будут расти саженцы. Я расскажу о рецепте приготовления грунта на 10 литров, который подойдет для большинства видов растений.

Для приготовления качественного грунта для рассады необходимо учесть несколько важных факторов, таких как тип растений, возраст рассады и время года. Однако, вот базовый рецепт грунта для большинства видов рассады:

ОСНОВА+ПИТАНИЕ+РАЗРЫХЛИТЕЛИ+ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Основа:

• 5 литров торфа

Существует несколько видов торфа, которые отличаются друг от друга по своему составу и свойствам. Например, верховой торф образуется на поверхности болот и содержит большое количество органических веществ и мало минеральных. Низинный торф, наоборот, образуется на дне болот и имеет более высокую степень минерализации.

Для создания субстрата для выращивания рассады подойдет низинный торф.

Помимо торфа можно использовать кокосовый субстрат или взять в равных частях торф и кокосовый субстрат.

Кокосовый субстрат - это органический материал, который получают из волокон кокосового ореха. Он является отличным почвоулучшителем и может использоваться в качестве компонента для приготовления почвосмесей. Кокосовый субстрат имеет высокую влагоемкость, воздухопроницаемость и устойчивость к разложению, что делает его идеальным для использования в растениеводстве.

Питание:

• 3 литра перегноя

Перегной — это органическое удобрение, получаемое в результате разложения различных органических материалов под воздействием микроорганизмов. Он содержит в себе множество питательных веществ, необходимых для роста и развития растений.

Перегной можно получить из различных материалов, таких как навоз, птичий помет, опилки, листья, солома и т.д. Каждый вид перегноя имеет свои особенности и преимущества.

Например, навозный перегной содержит много азота, который способствует росту зеленой массы растений. Птичий помет также богат азотом, но он может быть слишком концентрированным для некоторых растений, поэтому его обычно разбавляют водой перед использованием.

Опилочный перегной содержит мало азота, но много углерода, который помогает растениям усваивать другие питательные вещества. Такой перегной подходит для растений, которые не любят избыток азота, например, для хвойных пород.

Листовой перегной также содержит много углерода и может использоваться для улучшения структуры почвы. Он подходит для большинства растений, но не содержит азота.

Солома является хорошим источником углерода и может быть использована для улучшения структуры почвы, но она не содержит питательных веществ.

Разрыхлители:

• 2 литра песка

Речной песок часто используется для разрыхления почвы, так как он обеспечивает хорошую аэрацию и дренаж. Однако, следует учитывать, что , слишком большое его количество может привести к уплотнению почвы.

• 1 литр вермикулита + перлит

Так же для разрыхления нужно добавить в равных пропорциях вермикулит и перлит, подойдёт и агроперлит.

Перлит - это природный минерал, который образуется в результате извержения вулканов. Он имеет множество полезных свойств, которые делают его идеальным материалом для использования в сельском хозяйстве.

Вермикулит - это еще один природный минерал, который также имеет множество полезных свойств. Он обладает высокой влагоемкостью и может удерживать до 400% своего веса в воде.

Агроперлит - это искусственный материал, который получают из перлита. Он используется в сельском хозяйстве для улучшения структуры почвы и удержания влаги.

Дополнительные элементы

• ½ стакана доломитовой муки или древесной золы

Для снижения кислотности почвы при необходимости добавляют доломитовую муку или золу.

Доломитовая мука - это измельченный доломит, который используется в качестве удобрения для почв. Она содержит кальций и магний, которые необходимы для роста растений.

Зола содержит множество полезных веществ, таких как калий, фосфор, кальций и магний. Зола также является хорошим источником микроэлементов, таких как бор, медь и марганец. Зола может быть использована как удобрение для растений, а также для улучшения структуры почвы.

• удобрения длительного действия

При необходимости и только согласно инструкции можно добавить удобрения длительного действия - это удобрения, которые медленно высвобождают питательные вещества в течение длительного периода времени. Они обычно используются для подкормки растений в течение всего вегетационного периода. Могут быть в виде капсул, гранул или палочек.

5 литров торфа+3 литра перегноя+2 литра песка+1 литра вермикулита и перлита +½ стакана доломитовой муки или древесной золы +удобрения длительного действия (по желанию)

Все ингредиенты тщательно перемешать и увлажнить перед использованием. Если вы планируете выращивать рассаду в закрытом грунте, добавьте в смесь бактерий для улучшения плодородия почвы - биогумус.

Биогумус - это натуральное удобрение, которое получают из органического мусора, такого как навоз, отходы животноводства и растительные остатки. Он содержит множество питательных веществ, которые полезны для растений, и может быть использован как в виде сухого порошка, так и в виде жидкого раствора.

Важно помнить, что для разных типов растений могут потребоваться различные пропорции и дополнительные добавки. Например, для пасленовых культур (томаты, перец, баклажаны) рекомендуется увеличить долю перегноя, а для хвойных растений - добавить больше песка или перлита.

Итак в прошлой части была статья о тонкостях разработки котлованов, благодаря @serpug, я понял, что не раскрыл две важные составляющие котлованов, а именно шпунты и водопонижение (всё описанное ниже будет описано исключительно со стороны личного опыта).
Первое... Шпунты. Нужны они исключительно тогда, когда необходимо выкопать глубокий котлован, а сделать естественные откосы не представляется возможным ввиду плотности застройки, чем грешат большинство застройщиков, особенно в центре города. Все стараются выдать максимум жилой площади с купленных земельных участков.

Лично я сталкивался исключительно со свайно-нагельным крепление откосов и шпунтами Ларсена. Свайно-нагельное крепление по сутиявляется самым дешёвым и распространенным способом крепления откосов. Принцип у них довольно простой, который охарактеризован в их названии, а именно сваи и нагеля. Сваи забиваются вертикально в глубь основания до начала раскопок котлована, метод их углубления зависит от типа свай, это может быть стальная труба, железобетонные сваи, но чаще всего это двутавровая металлическая балка. А уже потом по мере раскопок котлована приваривается обвязочный пояс и вставляются либо доски либо другие ограждающие материалы.
Ну и второе что вытекает из названия это нагеля. Обычно это просто арматура которая забивается горизонтально в грунт, так сказать зацепляя шпунты за грунты.

Ну и как и все в строительстве, шпунты требуют проектирования и расчетов, грунты везде разные, нагрузки везде разные. А неверные расчеты по шпунтам могут привезти к катастрофическим последствиям, взять к примеру стройку "Снежная миля" в Новосибирске, 3 года мэрия не разрешала продолжить строительство из-за обрушения шпунтов около артерии города, улицы Большевистской

И немного про шпунты Ларсена, та же самая балка, но изготовлена она таким способом, что вставляется замок в замок. На фото именно шпунт Ларсена. Применяют его по большей части для сетей и небольших участков шпунтов, вопрос цены и мобильности, шпунт Ларсена позволяет быстрее выкапывать котлованы, и к тому же его легко вытащить

Теперь немного про водопонижение. Необходимость водопонижения возникает тогда, когда уровень грунтовых вод находится либо на отметке, либо выше отметки дна котлована, для этого нам и нужны исходные данные по геологии. Важно понимать, что даже если грунтовые воды находятся ниже дна котлована на 50-100 см, все равно есть риск затопления, можно просто копая какой-нибудь приямок вскрыть водонесущий слой и получить полный котлован воды. Лично моё мнение, что этот эффект достигается обычной физикой процесса (сообщающиеся сосуды ), т.е. вода будет наполняться до отметки самого высокого уровня залегания грунтовых вод в ближайшей округе, даже если вы выкопаете на площадки 1000м2 всего лишь небольшой приямок до отметки грунтовых вод.

Есть два способа водопонижения, с которыми мне довелось сталкиваться, это дренаж и игло-фильторная система, оба способа создают стенку (препятствие для воды) из-за которого она должна идти ниже в месте установки дренажа. Важно знать, что полностью избавиться от грунтовых вод невозможно, мы их можем лишь сдвинуть ниже, именно поэтому перед началом строительства и проектирования дома нужны самые свежие геологические данные. Грунтовые воды непостоянны, онименяют отметку залегания в зависимости от сезона года, от строительства близлежащих домов, от каких-то других факторов.
Так что же такое игло-фильторная система? По периметру участка водопонижения забиваются иглы (трубки с пропускающим наконечником), и принудительным способом из них выкачивается вода, эффективна эта система только тогда когда идёт процесс откачки воды, как только система останавливается, грунтовые вода наполняются в исходную отметку.

Дренаж же представляет собой трубу, которая через стенки пропускает воду, уложенную с уклоном и отводящую воду либо в приямок, откуда вода выкачивается, либо в канализацию. Та же система, только вместо игл - трубы,уложенные горизонтально ниже уровня грунтовых вод. Есть одна проблема, по большей части обводненные грунты илистые и частенько системы дренажа засоряются и требуют промывания. Кстати такую же систему дренажа выполняют на участках под малоэтажное строительство, различия если и есть, то небольшие.