Промышленные отходы
Некоторые промышленные отходы, содержащие органические вещества, могут использоваться в качестве органических удобрений, при этом достигается:
- повышение урожаев сельскохозяйственных культур;
- промышленное производство становится более экономичным и избавляется от затрат на хранение и утилизацию отходов.
Промышленные органические отходы, используемые в качестве удобрения, подразделяются на три группы:
- Отходы, требующие компостирования. К этой группе относятся отходы, опасные в санитарно-гельминтологическом, энтомологическом и фитосанитарном отношении,например, отходы пера, пуха, шелуха семян масличных культур, клюквенный и яблочный жмыхи, выжимки из винограда, винные осадки.
- Отходы, требующие заблаговременного внесения в почву, например, мякоть и мезга, шрот из виноградных зерен, отходы щетинных фабрик, подметы шерстяных цехов, срезы от фетровых изделий, шерстяные отходы и шерстяная пыль. Часто, это отходы с широким соотношением углерода и аммонийного азота (C:NH4). При непосредственном внесении в почву перед посевом отмечается временное биологическое закрепление доступного азота почвы микроорганизмами, что приводит к азотному голоданию растений и снижению урожайности. Поэтому их вносят задолго до посева — под основную обработку почвы, перед посевом вносят азотные удобрения.
- Отходы, пригодные для удобрения без ограничений. Например, свиной и говяжий шлям, 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 жмых.
Максимальные нормы внесения в почву промышленных отходов, как правило, составляют 80-100 кг общего азота. До 6 т/га можно вносить навозоразбрасывателями или в виде смесей с навозом и компостами.
Древесная кора и опилки
Органическим удобрением может служить древесная кора, которая составляет 10-20% от общего объема дерева и накапливается на дерево-обрабатывающих комбинатах. Кору деревьев и опилки используют для мульчирования и в качестве удобрения, приготовления искусственного грунта для теплично-парниковых хозяйств, в качестве подстилки на птицефермах и птицефабриках с последующим использованием в качестве удобрения.
Запасы древесной зелени в Российской Федерации превышают 20 млн т в год, используется из них менее 10%. Древесная кора содержит основные питательные элементы, которые в процессе минерализации становятся доступными для растений. Она обладает хорошим гумусообразующим потенциалом, в процессе минерализации выделяется углекислый газ, улучшая тем самым воздушное питание растений.
Древесная кора содержит 33-35% целлюлозы, 22-30% лигнина, 5,3-12 мг/100 г калия, незначительные количества фосфора. Прочность, упругость, высокая фильтрационная способность коры способствует улучшению водно-физических свойств почвы, ее трудноразлагаемая часть обогащает почву лигнином и дубильными веществами, участвующими в гумусообразовании. Недостаток коры как удобрения заключается в том, что она не содержит усвояемого растениями азота. Соотношение углерода и азота — 140:1. Зольность сосновой коры — 2,8%, еловой — 3,1-5,9%. Кислотность — pH 4,8-5,7. Кора биологически активна: содержит большое количество бактерий и плесневых грибов.
Древесную кору запахивают в почву на небольшую глубину. При внесении 125 м3/га структура почвы улучшается, возрастает влагоемкость. При внесении некомпостированной коры дополнительно требуется внесение азотных удобрений для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов, способствующих разложению коры. Разложение измельченной до 5 см коры хвойных пород составляет примерно 2 года.
Другими способами использования древесной коры является компостирование с минеральными и органическими добавками, а также в качестве биотоплива, мульчи и субстратов в защищенном грунте.
Способы приготовления компостов: послойный, очаговый, площадочный.
Оптимальные условия компостирования коры складываются при формировании буртов шириной в основании 3,0-4,0 м, высотой 1,5-2 м и длиной не менее 4,0 м. При компостировании зимой, во избежание промерзания, высоту штабеля увеличивают до 2-5 м, длину до 10 м. Масса штабеля 100-120 т, так как при массе менее 60 т штабель промерзает. Температура в период компостирования достигает 40-60° С.
Готовый компост должен содержать не менее 80% органического вещества на сухую массу при влажности не выше 60%, 10-15% гуминовых кислот от всего органического вещества, pH водной вытяжки — не менее 5,5, отношение C:N — не более 30:1, азота, фосфора и калия — соответственно 3,0%, 0,1% и 0,1% сухой массы. Плотность — 0,18-0,3 г/см3, комковатая структура и влагоёмкость 250-350 г воды на 100 г сухого вещества. За счет содержания кальция компост является мелиорантом для кислых почв. Компост способствует уменьшению заболеваемости корневой гнилью и подавляет развитие нематод.
Применение компостов на основе древесной коры может обеспечить тепличные и парниковые хозяйства качественными грунтами.
Аналогичное применение находят в сельском хозяйстве опилки. Все виды опилок способствуют улучшению физических свойства почв, повышают порозность и водоудерживающую способность, снижают плотность тяжелых глинистых почв. Также как и древесная кора, опилки содержат мало азота, поэтому наиболее эффективный способ их использование — компостирование с азотными удобрениями.
Гидролизный лигнин
Гидролизный лигнин — основной отход гидролизной промышленности, который составляет до 40% от массы исходного сырья. При выгрузке из гидролиз-аппарата, он сохраняет форму частичек исходного сырья с темно-бурой окраской. По химическому составу представляет комплекс веществ, основная масса которых — продукты конденсации и полимеризации природного лигнина. Также присутствуют негидролизуемые полисахариды, неотмытые сахара, гуминовые вещества, органические кислоты, серная кислота и зольные элементы. Первые два — лигнин и полисахариды — составляют 84-91% от массы гидролизного лигнина. На долю полисахаридов приходится 24-45%, лигнина — 39-70%. Лигнин обладает кислой реакцией, влажность составляет 63-75%.
Таблица. Агрохимические показатели гидролизного лигнина (в пересчете на сухое вещество) (Цуркан М.А., Руссу А.П., 1980)
| Влажность, % | ||
| Зольность, % | ||
| Углерод общий, % | ||
| Углерод гуминовых кислот, % | ||
| Углерод фульвокислот, % | ||
| Азот общий, % | ||
| Азот нитратный, мг/100 г | ||
| Азот аммонийный, мг/100 г | ||
| Азот легкогидролизуемый, мг/100 г | ||
| Фосфор общий, % P2O5 | ||
| Калий общий, % K2O | ||
| Кальций общий, % CaO | ||
| Сера общая, % SO4 | ||
| рНвод |
Среди питательных элементов содержит большое количество серы и кальция. Фосфор и калий содержится в среднем 0,06% и 0,09% от сухого вещества соответственно. Содержание общего азота в гидролизном лигнине составляет 0,34-0,39%, 14% из которых — гидролизуемый. Отношение C:N находится в пределах от 75:1 до 117:1.
Возврат органического вещества лигнина в биологический круговорот способствует защите окружающей среды от загрязнения, увеличивает общее производство местных удобрений.
Недостатками использования лигнина в качестве удобрения связана с его кислотностью и низким содержанием азота, фосфора, калия. Положительными сторонами является: улучшение воздухопроницаемости, пористости, структуры и физико-химических свойств почвы. Он обладает способностью адсорбировать азот подвижных азотсодержащих удобрений, вступать с ним в химическую связь, сокращая тем самым вымывание азота верхних слоев почвы и повышая коэффициент использования растениями.
Разработан промышленный способ компостирования лигнина с минеральными удобрениями и обработкой компоста раствором аммиака перед внесением в почву. Для приготовления компостов лигнин предварительно нейтрализуют доломитовой мукой в расчете 30-35 кг на тонну удобрения. Наиболее эффективны лигнонавозные компосты в соотношении навоза и лигнина 1:1. Для приготовления 100 т компоста используют 48,2-48,5 т лигнина с влажностью 60%, 1,5-1,75 т доломитовой муки и 50 т навоза. Для ускорения созревания бурты делают высотой до 1,5 м, смесь хорошо перемешивают. В сырой массе компоста содержится: N — 0,36%, Р2О5 — 0,32%, К2О — 0,34%, pH 5,7. По эффективности лигнонавозный компост не уступает торфонавозному.
Бытовые отходы
Бытовые отходы и городской мусор, например, кухонные отходы, бумага, тряпки, грязь, пыль, зола, по содержанию питательных веществ и удобрительным качествам могут быть сопоставимы с подстилочным навозом. Скорость их минерализации в почве зависит от количеств и соотношения компонентов. При большом количестве пищевых отходов и пыли мусор разлагается быстро; его можно вносить как удобрение без компостирования. При преобладании бумаги и тряпок скорость разложения ниже, поэтому более эффективно компостирование.
Бытовые отходы составляют 0,15-0,25 т/год на одного жителя России. Часто они включают до 30-40% органических пищевых компонентов и 20-30% бумаги. Химический состав бытовых отходов сильно меняется. В среднем содержат 40-70% органических веществ, 28-30% золы, 23-37% углерода, 0,75-1,15% — азота и 2,0-5,5% кальция. В расчете на сухую массу: 0,6-0,7% N, 0,5-0,6% Р2O5 и 0,6-0,8 % К2O.
Бытовые отходы отличаются высоким биологическим загрязнением, могут представлять опасность в эпидемиологическом отношении и требуют обеззараживания. Эта проблема решается путем обеззараживанием на свалках, сжиганием, биотермическим обеззараживанием при производстве компостов на заводских установках.
Обеззараживание мусора способом длительного компостирования на свалках хотя и является распространенным, однако в санитарно-гигиеническом отношении — неперспективным. Обеззараженный на свалках прокомпостированный мусор без удаления примесей непригоден для применения в качестве удобрения. Применения такого мусора приводит к засорению полей металлом, стеклом, кирпичом, пластиками, полиэтиленовой пленкой и другими отходами.
Более совершенным способом обеззараживания и переработки бытовых отходов является полевое компостирование.
В настоящее время распространяются способы промышленного биотермического обеззараживания и переработки в компост и биотопливо бытовых отходов.
Бытовые отходы, поступающие на завод, подвергаются сепарации: черные металлы извлекаются электромагнитными ленточными сепараторами, затем мусор обрабатывают воздухом и водой с температурой выше +40 °С. Мусор самонагревается до 60-70°С и обеззараживается в течение 3 суток.
Полученный компост содержит 40-52% от сухой массы органических веществ, 1,0-1,3% — азота, 0,8-0,7% — фосфора и 0,4-0,6% калия. Допускается присутствие до 3% стекла с размером частиц не более 15 мм и 4% посторонних включений. Влажность составляет 30-40%, pH — 7,8.
Промышленный компост из твердых бытовых отходов можно вносить под плодовые культуры в количестве 50-150 т/га, виноград — 20 т/га, зерновые — 20-50 т/га, подсолнечник, кукурузу — 30-100 т/га. Прибавка урожайности в зависимости от культуры и почвы составляет 10-50%. Компост безопасен в санитарно-гигиеническом, гельминтологическом и энтомологическом отношении. Осеннее внесение предпочтительнее. Из-за содержания в компосте свинца и цинка их применение под овощные культуры запрещается.
В качестве допосевного удобрения под основную обработку почвы мусор без предварительного компостирования может вноситься под разные культуры в дозах 20-60 т/га. В защищенном грунте он эффективен в парниках и теплицах как биотопливо, после чего становится однородным, рассыпчатым и разложившимся органическим удобрением для открытого грунта. После компостирования или использования в парниках разложившийся однородный мусор вносят под культуры в дозах до 20 т/га.
Литература
Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
