Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Саженцы тыквы, посаженные на валки из твердых биологических веществ

Биологические твердые вещества - это твердые органические вещества, извлекаемые в процессе очистки сточных вод и используемые в качестве удобрений. [1] В прошлом фермеры обычно использовали навоз для повышения плодородия почвы. В 1920-х годах фермерское сообщество также начало использовать осадок сточных вод с местных очистных сооружений. Многолетние научные исследования подтвердили, что эти твердые биологические вещества содержат питательные вещества, аналогичные тем, которые содержатся в навозе животных. Твердые биологические вещества, которые используются в качестве удобрений в фермерских хозяйствах, обычно обрабатываются, чтобы помочь предотвратить распространение болезнетворных патогенов среди населения. [2]

Терминология [ править ]

Биологические твердые вещества можно определить как органические твердые частицы сточных вод, которые можно повторно использовать после соответствующих процессов обработки осадка сточных вод, ведущих к стабилизации осадка, таких как анаэробное сбраживание и компостирование . [3]

В качестве альтернативы определение твердых биологических веществ может быть ограничено местными нормативными актами твердыми частицами сточных вод только после того, как эти твердые частицы завершили определенную последовательность обработки и / или имеют концентрацию патогенов и токсичных химикатов ниже заданных уровней. [4]

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) определяет два условия - осадка сточных вод и биогенного - в Кодексе федеральных правил (CFR), раздел 40, часть 503 следующим образом : осадка сточных вод относится к твердых частиц , отделенных во время очистки городских сточных вод (включая бытовые сточные воды ), в то время как твердые биологические вещества относятся к очищенным осадкам сточных вод, которые соответствуют требованиям EPA по загрязнителям и патогенам при внесении в землю и удалении с поверхности. [4] Подобное определение использовалось во всем мире, например, в Австралии. [5]

Использование термина «твердые биологические вещества» может официально регулироваться государственными постановлениями. Однако неформальное использование описывает широкий спектр полутвердых органических продуктов, производимых из сточных вод или осадка сточных вод. Сюда могут входить любые твердые частицы, твердые частицы шлама или жидкие остатки шлама, образующиеся при очистке бытовых сточных вод, включая пену и твердые частицы, удаленные во время процессов первичной, вторичной или дополнительной очистки. [6] Для материалов, которые не соответствуют нормативному определению «твердые биологические вещества», можно использовать альтернативные термины, например, «твердые вещества сточных вод».

Характеристика [ править ]

Количество [ править ]

Тестирование на патогены человека в зерновых культурах после внесения твердых биологических веществ.

Около 7,1 миллиона сухих тонн твердых биологических веществ было образовано в 2004 году примерно на 16 500 муниципальных очистных сооружениях в США. [7]

В США по состоянию на 2013 год около 55% твердых частиц сточных вод превращается в удобрения . [8] Проблемы, с которыми сталкиваются при расширении использования твердых биологических веществ, включают капиталовложения, необходимые для создания анаэробных варочных котлов, и сложность соблюдения санитарных норм. Возникают также новые опасения по поводу микрозагрязнений в сточных водах (например, стойких фармацевтических загрязнителей в окружающей среде ), которые усложняют процесс производства твердых биологических веществ. [9] Некоторые муниципалитеты, штаты или страны запретили использование твердых биологических веществ на сельскохозяйственных угодьях. [9]

Питательные вещества [ править ]

Поощрение использования твердых биологических веществ в сельском хозяйстве направлено на предотвращение заполнения свалок богатыми питательными веществами органическими материалами в результате очистки бытовых сточных вод, которые могут быть переработаны и внесены в качестве удобрения для улучшения и поддержания продуктивных почв и стимулирования роста растений. [7] Твердые биологические вещества могут быть идеальным сельскохозяйственным кондиционером и удобрением [10], которые могут способствовать росту сельскохозяйственных культур, чтобы прокормить растущее население. Твердые биологические вещества могут содержать макроэлементы азот , фосфор , калий и серу, а также микроэлементы медь , цинк , кальций , магний , железо ,бор , молибден и марганец . [5]

Промышленные и техногенные загрязнения [ править ]

Агентство США по защите окружающей среды (EPA) и другие показали , что твердые вещества биологического происхождения могут содержать измеримые уровни синтетических органических соединений , радионуклидов и тяжелых металлов . [5] [11] [12] EPA установило числовые ограничения для мышьяка , кадмия , меди, свинца , ртути , молибдена, никеля , селена и цинка, но не регламентировало уровни диоксина. [7] [13]

Загрязняющие вещества из фармацевтических препаратов и средств личной гигиены, а также некоторые стероиды и гормоны также могут присутствовать в твердых биологических веществах. [14] В 2001 г. в твердых биологических веществах были обнаружены значительные уровни стойких, способных к биоаккумуляции и токсичных (PBT) полибромированных дифениловых эфиров . [15]

В 2014 году Геологическая служба США проанализировала девять различных потребительских товаров, содержащих твердые биологические вещества в качестве основного ингредиента 87 органических химикатов, содержащихся в чистящих средствах, средствах личной гигиены, фармацевтических препаратах и ​​других продуктах. В ходе этого анализа было обнаружено 55 из 87 органических химикатов, измеренных по крайней мере в одном из девяти проб биотвердых веществ, причем в одном образце было обнаружено 45 химических веществ. [16]

В 2014 году город Шарлотт, штат Северная Каролина, обнаружил экстремальные уровни полихлорированных дифенилов (ПХБ) в твердых биологических веществах после того, как был предупрежден о том, что незаконный сброс ПХБ происходит на региональных очистных сооружениях по всему штату. [17]

Внесение твердых биологических веществ в землю в Южной Каролине было остановлено в 2013 году после того, как Министерство здравоохранения и контроля окружающей среды Южной Каролины (SCDHEC) ввело в действие чрезвычайное постановление, которое запретило внесение любых загрязненных ПХБ твердых биологических веществ в землю независимо от класса A или класса B. [18] Вскоре после этого SCDHEC расширил рекомендации по потреблению ПХД-рыбы почти для всех водных путей, граничащих с полями внесения твердых биологических веществ в почву. [19]

Патогены [ править ]

В Соединенных Штатах EPA предписывает определенные процессы обработки, предназначенные для значительного снижения уровней некоторых так называемых индикаторных организмов в твердых биологических веществах. [7] К ним относятся: «... операционные стандарты для фекальных колиформ, бактерий Salmonella sp., Кишечных вирусов и жизнеспособных яиц гельминтов ». [20]

Тем не менее, американский фонд исследований водной среды показал, что некоторые патогены действительно выживают при обработке осадка сточных вод . [21]

Правила EPA разрешают широко применять только твердые биологические вещества без поддающихся обнаружению патогенов; использование оставшихся патогенов ограничено. [22]

Различные типы твердых биологических веществ [ править ]

  1. Анаэробное разложение: микроорганизмы разлагают ил в отсутствие кислорода при мезофильных (при 35 ° C) или термофильных (от 50 ° до 57 ° C) температурах.
  2. Аэробное разложение: микроорганизмы разлагают ил в присутствии кислорода при температуре окружающей среды и мезофильной (от 10 ° C до 40 ° C) или автотермической (от 40 ° C до 80 ° C) температуре.
  3. Компостирование: биологический процесс, при котором органическое вещество разлагается с образованием гумуса после добавления некоторых сухих сыпучих материалов, таких как опилки, древесная щепа или измельченные отходы дворовых площадок в контролируемых аэробных условиях.
  4. Щелочная обработка: шлам смешивают с щелочными материалами, такими как известь или пыль цементных печей, или летучая зола мусоросжигательной печи, и выдерживают при pH выше 12 в течение 24 часов (для класса B) или при температуре 70 ° C в течение 30 минут (для класса A). .
  5. Тепловая сушка: для сушки твердых биологических веществ используются либо конвекционные, либо кондуктивные сушилки.
  6. Обезвоживание: Отделение воды от твердых биологических веществ осуществляется для получения полутвердого или твердого продукта с использованием технологий обезвоживания (центрифуги, ленточные фильтр-прессы, пластинчатые и рамные фильтр-прессы, а также сушильные станы и лагуны). [23]

Системы классификации [ править ]

Соединенные Штаты [ править ]

В Своде федеральных нормативных актов США (CFR) раздел 40, часть 503 регулирует управление твердыми биологическими веществами. В рамках этого федерального постановления твердые биологические вещества обычно классифицируются по-разному в зависимости от количества содержащихся в них загрязняющих веществ и уровня обработки, которой они подвергались (последний из которых определяет как уровень снижения привлекательности переносчиков, так и уровень снижения уровня патогенов). Эти факторы также влияют на то, как они могут распространяться (оптом или в мешках) и на уровень надзора за мониторингом, который, в свою очередь, определяет, где и в каком количестве они могут применяться. [24]

Европейский Союз [ править ]

Европейский Союз (ЕС) первым издал правила внесения твердых биологических веществ в землю; это было направлено на ограничение риска распространения патогенов и загрязнения. [25] Эти риски возникают из-за того, что некоторые метаболиты остаются нетронутыми после процессов очистки сточных вод. [26] Споры по поводу использования биосолида различаются по степени серьезности в странах ЕС. [25] [27]

История [ править ]

Так как общественность возникла обеспокоенность по поводу утилизации увеличившихся объемов твердых веществ в Соединенных Штатах, удаляемых из сточных вод во время очистки сточных вод, предусмотренной Законом о чистой воде . Федерация водной среды (WEF) искала новое имя , чтобы отличить чистый, сельскохозяйственно жизнеспособный продукт , порожденного современной очисткой сточных вод от более ранних форм осадков сточных вод широко запомнились вызывая оскорбительные или опасные условия. Из трехсот предложений твердые биологические вещества были приписаны доктору Брюсу Логану из Университета Аризоны и признаны ВЭФ в 1991 году [28].

Примеры [ править ]

  • Milorganite является торговой маркой из твердых веществ биологического происхождения удобрений производится в Милуоки Митрополита канализационного района . [29] вторичного органического азота удобрений из Jones Island Water мелиоративного фонда в Милуоки , штат Висконсин , продается по всей Северной Америке, снижает потребность в производимых питательных веществ.
  • Loop - товарный знак почвенной добавки с биологическими твердыми веществами, производимой Отделом очистки сточных вод округа Кинг . [30] Loop был добавлен в GroCo, коммерчески доступный компостный продукт с 1976 года. Некоторые местные фермы и леса также напрямую используют Loop. [31]
  • TAGRO является сокращением от «Tacoma Grow» и производится в городе Такома, штат Вашингтон, с 1991 года. [32] [33]
  • Dillo Dirt производится в городе Остин, штат Техас, с 1989 года.
  • Биологические твердые вещества применяются в качестве удобрений в Центральном пшеничном поясе Австралии в рамках программы переработки Water Corporation.

См. Также [ править ]

  • Повторное использование экскрементов

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Определение BIOSOLID» . www.merriam-webster.com . Проверено 1 мая 2020 .
  2. ^ "Выгодное повторное использование муниципальных твердых биологических веществ в сельском хозяйстве | Совместное расширение UGA" . extension.uga.edu . Проверено 1 мая 2020 .
  3. ^ Техника сточных вод: очистка и повторное использование (4-е изд.). Metcalf & Eddy, Inc., Макгроу Хилл, США. 2003. с. 1449. ISBN 0-07-112250-8.
  4. ^ a b «Программа по осадку сточных вод / твердым биотопам» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 24 апреля 2015 года .
  5. ^ a b c "Что такое твердые биологические вещества?" . Австралийская водная ассоциация. Архивировано из оригинала 23 апреля 2015 года . Проверено 24 апреля 2015 года .
  6. ^ Туровский, Израиль С. "Биотвердые вещества или ил? Семантика терминологии" . Переваривание воды и отходов . Проверено 24 апреля 2015 года .
  7. ^ a b c d "Вопросы и ответы по наземному применению биотвердых веществ" (PDF) . Федерация водной среды. Архивировано из оригинального (PDF) 4 апреля 2015 года . Проверено 24 апреля 2015 года .
  8. ^ Города превращают сточные воды в «черное золото» для местных ферм (2013)
  9. ^ а б Смит, SR (2009). Органические загрязнители в осадках сточных вод (твердые биологические вещества) и их значение для переработки сельскохозяйственной продукции. Философские труды Лондонского королевского общества A: математические, физические и инженерные науки, 367 (1904), 4005-4041
  10. ^ Франк, Р. (1998). Использование твердых биологических веществ со станций очистки сточных вод в сельском хозяйстве. Экологический менеджмент и здоровье, 9 (4), 165-169.
  11. ^ "Целевой отчет национального исследования осадка сточных вод" . Биологические твердые вещества . EPA. 2009 г.
  12. ^ "ISCORS Оценка радиоактивности в осадке сточных вод: Рекомендации по обращению с радиоактивными материалами в осадке сточных вод и золе на государственных очистных сооружениях" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США (EPA) . Межведомственный руководящий комитет по радиационным нормам. Апрель 2004 г.
  13. ^ «Заключительное действие, чтобы не регулировать диоксины в осадке сточных вод, применяемых на суше» . water.epa.gov . Проверено 18 мая 2015 .
  14. ^ «Аналитические методы CWA: загрязняющие вещества, вызывающие озабоченность» . epa.gov . Проверено 25 февраля 2017 .
  15. ^ Hale RC, La Guardia MJ, Харви EP, Gaylor MO, Майнор TM, Duff WH (2001). «Антипирены: стойкие загрязнители в осадках, наносимых на сушу». Природа . 412 (6843): 140–141. Bibcode : 2001Natur.412..140H . DOI : 10.1038 / 35084130 . PMID 11449259 . S2CID 4395266 .  
  16. ^ "Землепользование муниципальных биологических твердых веществ" . Гигиена окружающей среды - токсичные вещества . Геологическая служба США. Архивировано из оригинального 17 ноября 2020 года . Проверено 24 апреля 2015 года .
  17. ^ "Целевая группа, призванная исследовать химический сброс" . Шарлотта Обсервер . 2014-02-07.
  18. ^ "DHEC выпускает чрезвычайное регулирование, расширяет расследование ПХД, обнаруженных на станциях очистки воды" . Пресс-релизы . Департамент здравоохранения и охраны окружающей среды Южной Каролины (SCDHEC). 2013-09-25. Архивировано из оригинала на 2013-09-26.
  19. ^ "Рекомендации по потреблению рыбы" . Безопасность пищевых продуктов . SCDHEC . Проверено 9 августа 2018 .
  20. ^ Биологические твердые вещества, применяемые к земле: передовые стандарты и практики . Национальная академия наук. 2002. с. 22. ISBN 0-309-08486-5.
  21. ^ «Оценка судьбы появляющихся патогенов в твердых биологических веществах» . Фонд исследования водной среды . Проверено 18 мая 2015 .
  22. ^ "Часто задаваемые вопросы о твердых биологических веществах, вопросы 17-18" . water.epa.gov . Проверено 21 июня 2015 .
  23. ^ Hydromantis, Inc. (2010). «Новые вызывающие озабоченность вещества в твердых биологических веществах: концентрации и эффекты процессов обработки» (PDF) . Канадский совет министров окружающей среды .
  24. ^ «Равнина Английский Руководство по EPA Часть 503 Правило твердые вещества биологического происхождения, Глава 2„Земля Применение твердых биоотходов “ » (PDF) . water.epa.gov . п. 31 . Проверено 20 мая 2015 .
  25. ^ a b Iranpour, R., Cox, HHJ, Kearney, RJ, Clark, JH, Pincince, AB, & Daigger, GT (2004). Правила внесения твердых биологических веществ в землю в США и Европейском Союзе. Journal of Residuals Science & Technology, 1 (4), 209-22.
  26. Перейти ↑ Clarke, RM, & Cummins, E. (2015). Оценка «классических» и возникающих загрязнителей в результате внесения твердых биологических веществ в сельскохозяйственные угодья: обзор. Оценка рисков для человека и окружающей среды, 21 (2), 492-513.
  27. ^ Мария Кристина Колливигнарелли, Алессандро Абба, Андреа Фраттарола, Марко Карневале Мийно, Серджио Падовани, Иоаннис Кацояннис и Винченцо Торретта. Законодательство о повторном использовании твердых биологических веществ на сельскохозяйственных землях в Европе: обзор. Sustainability 2019, 11 (21), 6015. DOI 10.3390 / su11216015 - www.mdpi.com
  28. ^ «Биологические твердые вещества: краткое объяснение и обсуждение» (PDF) . Информационный бюллетень по биосолидам ВЭФ / Агентства по охране окружающей среды США . Федерация водной среды . Проверено 24 апреля 2015 года .
  29. ^ «О нас» . Милорганит / Городской канализационный округ Милуоки . Проверено 27 апреля 2015 года .
  30. ^ "Что такое петля?" . Отдел очистки сточных вод округа Кинг . Проверено 20 июня 2015 года .
  31. ^ Весселер, Сара (2019-11-20). «В округе Кинг, штат Вашингтон, отходы жизнедеятельности человека - это решение проблемы климата» . Йельские климатические связи . Проверено 11 декабря 2019 .
  32. ^ «О ТАГРО» . Город Такома . Проверено 20 июня 2015 года .
  33. ^ "ТАГРО" . Город Такома . Проверено 11 декабря 2019 .