stringtranslate.com

Биотвердые отходы

Рассада тыквы, высаженная на грядки из компостированных биоотходов

Биотвердые вещества — это твердые органические вещества, извлеченные из процесса очистки сточных вод и используемые в качестве удобрения. [1] В прошлом фермеры обычно использовали навоз животных для повышения плодородия почвы. В 1920-х годах фермерское сообщество также начало использовать осадок сточных вод с местных очистных сооружений. Научные исследования на протяжении многих лет подтвердили, что эти биотвердые вещества содержат питательные вещества, аналогичные тем, что содержатся в навозе животных. Биотвердые вещества, которые используются в качестве удобрения в сельском хозяйстве, обычно обрабатываются, чтобы помочь предотвратить распространение болезнетворных патогенов среди населения. [2] Некоторые осадки сточных вод не могут считаться биотвердыми веществами из-за стойких, биоаккумулятивных и токсичных химикатов, радионуклидов и тяжелых металлов в количествах, достаточных для загрязнения почвы и воды при внесении в землю.

Терминология

Биотвердые отходы можно определить как органические твердые вещества сточных вод, которые могут быть повторно использованы после соответствующих процессов обработки осадка сточных вод , приводящих к стабилизации осадка, таких как анаэробное сбраживание и компостирование . [3]

В качестве альтернативы определение биологических твердых веществ может быть ограничено местными правилами для твердых веществ сточных вод только после того, как эти твердые вещества прошли указанную последовательность обработки и имеют концентрацию патогенов и токсичных химических веществ ниже указанных уровней. [4]

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) определяет два термина – канализационный ил и биотвердые частицы – в Кодексе федеральных правил (CFR), Раздел 40, Часть 503 следующим образом: Канализационный ил относится к твердым частицам, отделенным во время очистки городских сточных вод (включая бытовые септики ). Напротив, биотвердые частицы относятся к очищенному канализационному ил, который соответствует требованиям EPA по загрязняющим веществам и патогенам для внесения в почву и утилизации на поверхности. [4] Аналогичное определение используется на международном уровне, например, в Австралии. [5]

Использование термина «биотвердые вещества» может официально регулироваться государственными нормами. Однако неформальное использование описывает широкий спектр полутвердых органических продуктов из сточных вод или канализационного ила. Это может включать любые твердые вещества, твердые частицы слизи или жидкие остатки шлама, образующиеся при очистке бытовых сточных вод, включая пену и твердые вещества, удаляемые в ходе первичной, вторичной или углубленной очистки. [6] Материалы, которые не соответствуют нормативному определению «биотвердых веществ», могут быть обозначены альтернативными терминами, такими как «твердые вещества сточных вод».

Характеристика

Количества

Тестирование на наличие патогенов человека в зерновых культурах после применения биопрепаратов

В 2004 году на 16 500 муниципальных очистных сооружениях в США было образовано около 7,1 млн. сухих тонн биологических отходов . [7]

В Соединенных Штатах по состоянию на 2013 год около 55% твердых веществ сточных вод используются в качестве удобрений . [8] Проблемы, возникающие при увеличении использования биосолидов, включают капитал, необходимый для строительства анаэробных реакторов , и сложность соблюдения санитарных норм. Также появились новые опасения по поводу микрозагрязнений в сточных водах (например, экологически стойкие фармацевтические загрязнители ), которые усложняют процесс производства высококачественных биосолидов. [9] Некоторые муниципалитеты, штаты или страны запретили использование биосолидов на сельскохозяйственных угодьях. [9]

Питательные вещества

Поощрение использования биосолидов в сельском хозяйстве направлено на предотвращение заполнения свалок богатыми питательными веществами органическими материалами, образующимися в результате обработки бытовых сточных вод, которые можно перерабатывать и применять в качестве удобрения для улучшения и поддержания плодородных почв и стимулирования роста растений. [7] Биосолиды могут быть идеальным сельскохозяйственным кондиционером и удобрением [10], которое может способствовать росту урожая, чтобы прокормить растущее население. Биосолиды могут содержать макроэлементы азот , фосфор , калий и серу с микроэлементами медь , цинк , кальций , магний , железо , бор , молибден и марганец . [5]

Промышленные и техногенные загрязнители

Биотвердые отходы содержат синтетические органические соединения , радионуклиды и тяжелые металлы . [5] [11] [12] Агентство по охране окружающей среды США ( EPA ) установило числовые пределы для мышьяка , кадмия , меди, свинца , ртути , молибдена, никеля , селена и цинка, но не регулировало уровни диоксинов. [7] [13]

Загрязнители из фармацевтических препаратов и средств личной гигиены , а также некоторые стероиды и гормоны также могут присутствовать в биологических твердых веществах. [14] Значительные уровни стойких, биоаккумулятивных и токсичных (PBT) полибромированных дифениловых эфиров были обнаружены в биологических твердых веществах в 2001 году. [15]

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

В 2014 году в городе Шарлотт, Северная Каролина , были обнаружены экстремальные уровни полихлорированных бифенилов (ПХБ) в твердых биологических отходах после того, как стало известно о незаконном сбросе ПХБ на региональных очистных сооружениях по всему штату. [17]

Внесение биосолидов в почву в Южной Каролине было остановлено в 2013 году после того, как Департамент здравоохранения и контроля за окружающей средой Южной Каролины (SCDHEC) принял чрезвычайное постановление, запрещающее внесение в почву любых биосолидов, загрязненных ПХБ, независимо от класса А или В. [18] Вскоре после этого SCDHEC расширил рекомендации по потреблению рыбы, содержащей ПХБ, почти для всех водных путей, граничащих с полями внесения биосолидов в почву. [19]

В 2019 году в штате Мэн было обнаружено, что 95% образующихся в штате осадков сточных вод содержали небезопасные уровни химических веществ на основе перфторалкильных и полифторалкильных веществ (ПФАС). Было обнаружено, что на нескольких фермах, которые вносили биотвердые вещества в качестве удобрений, были обнаружены загрязненные ПФАС почвы, грунтовые воды, животные и сельскохозяйственные культуры. Сотни других ферм потенциально были загрязнены аналогичным образом. Впоследствии штат ввел дополнительные правила, ограничивающие распространение биотвердых веществ. [20] В 2023 году Артуро А. Келлер из Школы наук об окружающей среде и менеджменте Брена при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре начал работать над решениями по устранению этих ПФАС, включая создание биоугольных удобрений из биотвердых веществ. [21]

Биотвердые отходы, используемые в качестве удобрения, привели к загрязнению ПФАС говядины, выращенной в Мичигане. [22]

В октябре 2021 года Агентство по охране окружающей среды объявило о Стратегической дорожной карте по ПФАС, которая включает оценку риска содержания ПФАС ( ПФОА и ПФОС ) в твердых биологических отходах. [23] [24]

Возбудители болезней

В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды предписывает определенные процессы обработки, разработанные для значительного снижения уровней определенных так называемых индикаторных организмов в биологических твердых отходах. [7] К ним относятся «...операционные стандарты для фекальных колиформных бактерий, бактерий рода Salmonella , кишечных вирусов и жизнеспособных яиц гельминтов ». [25]

Однако, базирующийся в США Фонд исследований водной среды показал, что некоторые патогены выживают после обработки осадка сточных вод . [26]

Правила Агентства по охране окружающей среды допускают широкое применение только тех биологических твердых веществ, в которых не обнаруживаются патогены; использование тех, в которых остаются патогены, ограничено. [27]

Различные типы твердых биологических отходов

  1. Анаэробное сбраживание: Микроорганизмы разлагают ил в отсутствие кислорода либо при мезофильной (при 35 °C), либо при термофильной (от 50 °C до 57 °C) температуре.
  2. Аэробное сбраживание: Микроорганизмы разлагают ил в присутствии кислорода либо при температуре окружающей среды и мезофильной (от 10 °C до 40 °C), либо при автотермической (от 40 °C до 80 °C) температуре.
  3. Компостирование: биологический процесс, при котором органическое вещество разлагается с образованием гумуса после добавления некоторого количества сухого наполнителя, такого как опилки, древесная щепа или измельченные садовые отходы, в контролируемых аэробных условиях.
  4. Щелочная обработка: шлам смешивается со щелочными материалами, такими как известь или пыль цементной печи, или летучая зола мусоросжигательной печи, и поддерживается 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 биологических твердых веществ используются либо конвекционные, либо конвекционные 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 площадки и лагуны). [28]

Различные общие и наземные применения биотвердых веществ

В публикации правительства Канады и Федерации сельского хозяйства Онтарио автор упоминает, что использование метода внесения в почву биосолидов является более экономически эффективным для налогоплательщиков по сравнению с альтернативными методами управления, такими как утилизация на свалке. [38]

Системы классификации

Соединенные Штаты

В Кодексе федеральных правил США (CFR), Раздел 40, Часть 503 регулирует управление биосолидами. В рамках этого федерального регулирования биосолиды, как правило, 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 притяжения векторов, так и уровень снижения патогенов). Эти факторы также влияют на то, как они могут быть распространены (насыпью или в мешках), и на уровень надзора за мониторингом, который, в свою очередь, определяет, где и в каком количестве они могут быть применены. [39] Национальная органическая программа запрещает использование биосолидов при выращивании сертифицированных органических культур. [40]

Евросоюз

Европейский союз (ЕС) был первым, кто принял правила по использованию биосолидов в почве; это было направлено на ограничение риска патогенов и загрязнения. [41] Эти риски возникают из-за того, что некоторые метаболиты остаются нетронутыми после процессов очистки сточных вод. [42] Дискуссии по поводу использования биосолидов различаются по степени остроты в странах ЕС. [41] [43]

Новая Зеландия

В 2003 году Министерство охраны окружающей среды и Новозеландская ассоциация по водным ресурсам и отходам выпустили документ « Руководящие принципы безопасного применения биосолидов на землях Новой Зеландии». В документе биосолиды были определены как «осадки сточных вод или осадки сточных вод, смешанные с другими материалами, которые были обработаны и/или стабилизированы в той степени, в которой их можно безопасно и с пользой применять на землях... [и отмечалось, что они] обладают значительными свойствами удобрения и кондиционирования почвы благодаря содержащимся в них питательным веществам и органическим материалам». [44]

Новозеландский ученый Жаки Хорсвелл позже возглавил совместные исследования Института экологических наук и исследований , Scion , Landcare Research и Института Коутрона по управлению отходами, в частности биотвердыми веществами, и это послужило основой для разработки рамок для вовлечения местных сообществ в этот процесс. В 2016 году проект разработал Рамочную программу взаимодействия с сообществом по биоотходам , чтобы предоставить руководящие принципы для эффективных консультаций с сообществами по поводу сброса биоотходов на сушу, [45] а в 2017 году еще один совместный трехлетний проект с советами, направленный на разработку коллективной стратегии по биотвердым веществам и использование программы в нижней части Северного острова . [46] Когда проект был рассмотрен в 2020 году, был сделан вывод, что он показал, что биотвердые вещества могут быть повторно использованы с пользой. [47]

В исследовательской работе 2019 года сообщалось о соображениях управления при использовании биологических твердых веществ в качестве удобрения, в частности, с целью учета сложности питательных веществ, снижающих доступность для усвоения растениями, и отмечалось, что заинтересованным сторонам необходимо «учитывать ожидаемую доступность питательных веществ для растений при оценке риска и преимуществ этих биологических материалов». [48]

История

Поскольку в Соединенных Штатах возросла обеспокоенность по поводу утилизации возросших объемов твердых веществ, удаляемых из сточных вод во время очистки сточных вод, предписанной Законом о чистой воде , Федерация охраны окружающей среды водных ресурсов (WEF) искала новое название, чтобы отличить чистый, сельскохозяйственно жизнеспособный продукт, полученный в результате современной очистки сточных вод, от более ранних форм канализационного ила, широко известных тем, что они вызывали неприятные или опасные состояния. Из 300 предложений, биотвердые вещества были приписаны доктору Брюсу Логану из Университета Аризоны и признаны WEF в 1991 году. [49]

Примеры

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Определение BIOSOLID". www.merriam-webster.com . Получено 01.05.2020 .
  2. ^ "Выгодное повторное использование муниципальных биоотходов в сельском хозяйстве | UGA Cooperative Extension". extension.uga.edu . Получено 2020-05-01 .
  3. ^ Сточные воды: очистка и повторное использование (4-е изд.). Metcalf & Eddy, Inc., McGraw Hill, США. 2003. стр. 1449. ISBN 0-07-112250-8.
  4. ^ ab "Программа по осадку сточных вод/твердым биологическим веществам". Агентство по охране окружающей среды США. 29 января 2013 г. Получено 24 апреля 2015 г.
  5. ^ abc "Что такое биотвердые вещества?". Australian Water Association . Архивировано из оригинала 23 апреля 2015 г. Получено 24 апреля 2015 г.
  6. ^ Туровский, Израиль С. «Биотвердые вещества или шлам? Семантика терминологии». Water and Wastes Digest . Получено 24 апреля 2015 г.
  7. ^ abcd "Вопросы и ответы по внесению биосолидов в почву" (PDF) . Федерация охраны окружающей среды водных ресурсов. Архивировано из оригинала (PDF) 4 апреля 2015 г. Получено 24 апреля 2015 г.
  8. ^ Города превращают сточные воды в «черное золото» для местных ферм (2013)
  9. ^ ab Smith, SR (2009). Органические загрязнители в осадках сточных вод (биотвердые вещества) и их значение для сельскохозяйственной переработки. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 367(1904), 4005-4041
  10. ^ Франк, Р. (1998). Использование биологических твердых веществ из очистных сооружений в сельском хозяйстве. Экологический менеджмент и здоровье, 9(4), 165-169.
  11. ^ "Целевой национальный отчет по исследованию осадка сточных вод". Биотвердые вещества . EPA. 2009.
  12. ^ "Оценка радиоактивности в осадке сточных вод ISCORS: Рекомендации по управлению радиоактивными материалами в осадке сточных вод и золе на очистных сооружениях, находящихся в государственной собственности" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США (EPA) . Межведомственный руководящий комитет по радиационным стандартам. Апрель 2004 г.
  13. ^ "Окончательное решение не регулировать содержание диоксинов в осадке сточных вод, захороненных в почве". water.epa.gov . 23 апреля 2014 г. Получено 18 мая 2015 г.
  14. ^ "CWA Analytical Methods: Contaminants of Emerging Concern". epa.gov . 2 сентября 2015 г. Получено 25 февраля 2017 г.
  15. ^ Hale RC, La Guardia MJ, Harvey EP, Gaylor MO, Mainor TM, Duff WH (2001). «Антипирены: стойкие загрязнители в осадках, применяемых на суше». Nature . 412 (6843): 140–141. Bibcode :2001Natur.412..140H. doi :10.1038/35084130. PMID  11449259. S2CID  4395266.
  16. ^ "Land Application of Municipal Biosolids". Здоровье окружающей среды - Токсичные вещества . Геологическая служба США. Архивировано из оригинала 11 ноября 2020 года . Получено 24 апреля 2015 года .
  17. ^ "Названа целевая группа для расследования сброса химических веществ". Charlotte Observer . 2014-02-07.
  18. ^ "DHEC выпускает чрезвычайное положение, расширяет расследование в отношении ПХБ, обнаруженных на водоочистных станциях". Пресс-релизы . Департамент здравоохранения и контроля за окружающей средой Южной Каролины (SCDHEC). 2013-09-25. Архивировано из оригинала 2013-09-26.
  19. ^ "Советы по потреблению рыбы". Безопасность пищевых продуктов . SCDHEC . Получено 09.08.2018 .
  20. Перкинс, Том (22 марта 2022 г.). ««Я не знаю, как мы выживем»: фермеры, которым грозит разорение в «вечном химическом» кризисе штата Мэн». The Guardian . Получено 26 марта 2022 г.
  21. ^ "NextGen Water Solutions". Школа наук об окружающей среде и менеджмента имени Брена при Калифорнийском университете в Санта-Барбаре . Получено 01.11.2023 .
  22. ^ «В говядине с фермы в Мичигане обнаружены токсичные «вечные химикаты». abcNEWS . ABC News Internet Ventures . Получено 28 марта 2022 г. .
  23. ^ "Стратегическая дорожная карта PFAS: обязательства Агентства по охране окружающей среды по действиям в 2021-2024 годах". Агентство по охране окружающей среды. 14 октября 2021 г. Получено 24.03.2022 .
  24. ^ "Оценка токсичного риска загрязняющих веществ в биологических твердых веществах". EPA . 26 февраля 2020 г. Получено 28 марта 2022 г.
  25. ^ Биотвердые вещества, применяемые к земле: передовые стандарты и практики . Национальная академия наук. 2002. стр. 22. ISBN 0-309-08486-5.
  26. ^ "Оценка судьбы новых патогенов в биологических твердых веществах". Фонд исследований водной среды . Архивировано из оригинала 2015-06-14 . Получено 2015-05-18 .
  27. ^ "Biosolids FAQ, Вопросы 17-18". water.epa.gov . 23 апреля 2014 г. Получено 21 июня 2015 г.
  28. ^ Hydromantis, Inc. (2010). "Возникающие вещества, вызывающие беспокойство в биологических твердых веществах: концентрации и эффекты процессов обработки" (PDF) . Канадский совет министров окружающей среды . Архивировано из оригинала (PDF) 2015-09-09 . Получено 2018-11-07 .
  29. ^ "Biosolids Management". Город Торонто . 2017-11-17 . Получено 2024-03-31 .
  30. ^ Ванкувер, Метро. "Nutrifor 101 | Метро Ванкувер". metrovancouver.org . Получено 2024-03-31 .
  31. ^ "Halton - Программа управления биологическими твердыми отходами Halton". www.halton.ca . Получено 2024-03-31 .
  32. ^ "Управление биологическими твердыми отходами | RDN". www.rdn.bc.ca . Получено 2024-03-31 .
  33. ^ US EPA, OW (2016-07-13). "Основная информация о биологических твердых веществах". www.epa.gov . Получено 2024-03-31 .
  34. ^ "Управление биологическими твердыми отходами | RDN". www.rdn.bc.ca . Получено 2024-03-31 .
  35. ^ US EPA, OW (2016-07-13). "Основная информация о биологических твердых веществах". www.epa.gov . Получено 2024-03-31 .
  36. ^ "Исследование использования биогаза | Город Барри". www.barrie.ca . 2024-03-28 . Получено 2024-03-31 .
  37. ^ "Генеральный план по биотвердым отходам | Город Гамильтон". www.hamilton.ca . Получено 2024-03-31 .
  38. ^ "Применение твердых биоотходов муниципальных сточных вод на пахотных землях – наилучшие методы управления" . Получено 31.03.2024 .
  39. ^ «Руководство на простом английском языке по разделу 503 Правил Агентства по охране окружающей среды США о твердых биологических веществах, Глава 2 «Внесение твердых биологических веществ в почву»» (PDF) . water.epa.gov . 23 апреля 2014 г. стр. 31 . Получено 20 мая 2015 г.
  40. ^ Барклай, Элиза (21 января 2014 г.). «Whole Foods запрещает выращивание продукции с использованием ила. Но кто выигрывает?». NPR - The Salt . NPR . Получено 26 мая 2021 г.
  41. ^ ab Iranpour, R., Cox, HHJ, Kearney, RJ, Clark, JH, Pincince, AB, & Daigger, GT (2004). Правила внесения биосолидов в почву в США и Европейском Союзе. Журнал Residuals Science & Technology, 1(4), 209-22. https://www.researchgate.net/publication/267549646_Правила_для_применения_биосолидов_в_земле_в_США_и_Европейском_Союзе
  42. ^ Кларк, Рэйчел М.; Камминс, Энда (17.02.2015). «Оценка «классических» и новых загрязнителей, образующихся в результате применения биосолидов на сельскохозяйственных землях: обзор». Оценка рисков для человека и экологии: международный журнал . 21 (2): 492–513. Bibcode : 2015HERA...21..492C. doi : 10.1080/10807039.2014.930295. ISSN  1080-7039.
  43. ^ Колливиньарелли, Мария Кристина; Абба, Алессандро; Фраттарола, Андреа; Карневале Миино, Марко; Падовани, Серджио; Кацояннис, Иоаннис; Торретта, Винченцо (2019). «Законодательство о повторном использовании твердых биологических веществ на сельскохозяйственных землях в Европе: обзор». Устойчивость . 11 (21): 6015. doi : 10.3390/su11216015 . ISSN  2071-1050.
  44. ^ Гиббс, Тим (координатор проекта - Руководящая группа управления) (август 2003 г.). Руководство по безопасному применению биотвердых веществ на суше в Новой Зеландии (PDF) . Water NZ . Получено 25 мая 2021 г.
  45. ^ Бейкер, Вирджиния и др. (февраль 2016 г.). «Структура взаимодействия с общественностью CIBR/LEI по биоотходам». Номер публикации CIBR: 16-02 .
  46. ^ Хорсвелл, Жаки и др. (2017). «Стратегия коллективного использования биосолидов в небольших сообществах — Нижний Северный остров» (PDF) . Получено 21 мая 2021 г.
  47. ^ Lowe Environmental Impact Limited (2020). Часть A: Стратегия коллективного управления биотвердыми отходами. Региональная стратегия по биотвердым отходам: Нижний Северный остров, Новая Зеландия
  48. ^ Эллвуд, Брайан; Пэтон, Бриттани; Лоу, Хамиш; Касс, Сиан (2019). «Включение биологических твердых веществ и сточных вод в качестве почвенной добавки в питательные бюджеты и связанные с этим соображения по управлению окружающей средой» (PDF) . Исследовательский центр сельскохозяйственных ландшафтов Университета Мэсси . Архивировано из оригинала (PDF) 20.01.2020.
  49. ^ "Biosolids: A Short Expansion and Discussion" (PDF) . Проект WEF/US EPA Biosolids Fact Sheet . Федерация охраны окружающей среды водных ресурсов . Получено 24 апреля 2015 г. .
  50. ^ "О нас". Milorganite/ Milwaukee Metropolitan Sewerage District . Получено 27 апреля 2015 г.
  51. ^ "Что такое Loop?". Отдел очистки сточных вод округа Кинг . Получено 20 июня 2015 г.
  52. ^ Весселер, Сара (2019-11-20). «В округе Кинг, штат Вашингтон, человеческие отходы являются решением проблемы климата». Yale Climate Connections . Получено 2019-12-11 .
  53. ^ "О TAGRO". Город Такома . Получено 20 июня 2015 г.
  54. ^ "TAGRO". Город Такома . Получено 11 декабря 2019 г.