medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2020-99-3-259-264medlit-126Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEГигиеническое обоснование возможности использования ила из сооружений по очистке сточных вод в качестве органического удобренияHygienic substantiation for the possibility to use of sewage sludge as an organic fertilizerМаненкоА. К.ManenkoA. K.noemail@neicon.ruТкаченкоГалина МихайловнаTkachenkoHalyna M.

Доктор биол. наук, профессор, Институт биологии и наук о Земле, Поморская академия в Слупске, Слупск, Республика Польша.

e-mail: halyna.tkachenko@apsl.edu.pl

MD, Ph.D., DSci., Professor, Institute of Biology and Earth Sciences, Pomeranian University in Slupsk, Arciszewski Str. 22b, 76-200, Slupsk, Poland.

e-mail: halyna.tkachenko@apsl.edu.pl

halyna.tkachenko@apsl.edu.plКасиянО. П.KasiyanO. P.noemail@neicon.ruЮрченкоС. Т.YurchenkoS. T.noemail@neicon.ruЛьвовский медицинский институтLviv Medical InstituteИнститут биологии и наук о Земле, Поморская академия в СлупскеInstitute of Biology and Earth Sciences, Pomeranian University in SlupskЛьвовский национальный медицинский университет имени Данила ГалицкогоDanylo Halytsky Lviv National Medical University202020042020993259264Copyright © Маненко А.К., Ткаченко Г.М., Касиян О.П., Юрченко С.Т., 20202020Маненко А.К., Ткаченко Г.М., Касиян О.П., Юрченко С.Т.Manenko A.K., Tkachenko H.M., Kasiyan O.P., Yurchenko S.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/126Введение

Введение. В настоящее время перед крупными городами стоит острая проблема поиска путей экологически безопасного размещения и возможности использования осадков сточных вод, которые накапливаются на иловых площадках. Наиболее выгодным способом утилизации этих осадков является использование их в качестве органических удобрений в сельскохозяйственном производстве, что обусловлено высоким содержанием в их составе биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и органических веществ. Однако наличие в иле болезнетворных микроорганизмов, тяжёлых металлов и других токсикантов обусловливает необходимость применения научно обоснованного подхода к использованию осадков сточных вод в каждом конкретном случае в качестве удобрения с учётом их качественного и количественного состава.

Целью исследования стало гигиеническое обоснование возможности применения ила львовских городских сооружений по очистке сточных вод в сельскохозяйственном производстве в качестве органического удобрения.

Материал и методы

Материал и методы. Объектом исследования был ил после обработки флокулянтом и центрифугирования и ил, который хранился на площадках львовских городских сооружений по очистке сточных вод в течение 1; 6 и 18 мес. В эксперименте изучали распределение компонентов ила в динамической системе «растение - почва» и устанавливали степень их накопления в тест-растениях. Количественное определение содержания химических элементов в пробах ила и фитомассы проводили методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Результаты

Результаты. Изучена возможность применения ила городских сооружений по очистке сточных вод в сельскохозяйственном производстве в качестве органического удобрения. Установлено, что ил в дозе 50 т/га, взятый сразу же после центрифугирования, не может быть использован на полях в качестве удобрения, поскольку вызывает выраженное фитотоксическое действие. Доза использованного ила 30 т/га после 1,5-летней выдержки на илистых площадках имеет менее выраженное фитотоксическое действие, но наблюдается транслокация из почвы в растения фтора, свинца, кадмия, мышьяка, ртути и марганца в больших количествах. Эта доза также не может быть использована на полях в качестве удобрения. Использование меньших доз и условий дозревания осадков сточных вод в качестве удобрений нужно обосновать дополнительными экспериментами.

Introduction

Introduction. Nowadays, in front of large cities, there is an acute problem for finding ways of environmentally safely dispose of accumulated sewage sludge and the possibility of its use. The most profitable way to utilize sewage sludge is to use them as organic fertilizers in agricultural production due to the high content of biogenic elements (nitrogen, phosphorus, potassium) and organic substances in their composition. However, the presence of heavy metals, pathogens, and other toxicants necessitates the study at the regional level the possibility of using these sediments as fertilizers. In each specific case, it is necessary to apply a scientific approach to the use of sewage sludge, since their composition is characterized by a qualitative and quantitative variation of chemical compounds.

The purpose of the study was a hygienic justification for the possibility of using sludge for wastewater treatment from the municipal facilities in agricultural production as an organic fertilizer.

Material and methods

Material and methods. The object of the study was sludge after treatment with flocculants and centrifugation and sludge stored on the sites of Lviv municipal facilities for 1, 6 and 18 months. In the experiment, the distribution of sludge components in the “plant-soil” dynamic system, as well as the degree of their accumulation in test plants, was determined. Quantitative determination of the of chemical elements content in samples of sludge and phytomass was carried out by atomic absorption spectrophotometry.

Results

Results. The effectiveness of the use of sludge from the municipal facilities for wastewater treatment in agricultural production as an organic fertilizer has been studied. It was found that the sludge dose of 50 tons/ha, using immediately after centrifuge, can not be used in the fields as a fertilizer. This dose caused a high phytotoxic effect on plants. The dose of used sludge (30 tons/ha after 1.5 years of maturing on silty areas) had a less pronounced phytotoxic effect, but the fact of fluorine, lead, cadmium, arsenic, mercury and manganese translocation from soil into the plants in high quantities was observed. This dose also cannot be used in the fields as a fertilizer. The use of a smaller dose should be justified by additional experiments.

осадки сточных водудобрениетяжёлые металлыsewage sludgefertilizerheavy metalssewage sludgefertilizerheavy metalsReferencesКуликова А.Х., Захаров Н.Г., Починова Т.В. Применение осадков сточных вод в качестве удобрения в сельском хозяйстве Ульяновской области. Агрохимический вестник. 2010; 5: 32-5.Kulikova A.Kh., Zakharov N.G., Pochinova T.V. Application of sewage sludge as fertilizer for agriculture in Ul’yanovsk region. Agrokhimicheskiy vestnik. 2010; 5: 32–5. (in Russian)Клименко М.А., Черная Н.А. Перспективы обработки естественным холодом осадка сточных вод для утилизации в цементном производстве. Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2013; 1: 35-41.Klimenko M.A., Chernaya N.A. Perspective of Sewage Sludge Treatment by Natural Cold for Utilization in Cement Production. Energotekhnologii i resursosberezheniye. 2013; 1: 35–41. (in Russian)Маркин В.В. Утилизация осадков бытовых сточных вод. Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2013; 3 (101): 138-40.Markin V.V. Utilization of domestic sewage sludge. Vestnik Donbasskoy natsional’noy akademii stroitel’stva i arkhitektury. 2013; 3 (101): 138–40. (in Russian)Обработка осадка сточных вод: полезный опыт и практические советы. Проект по городскому сокращению эвтрофикации (Project on Urban Reduction of Eutrophication, PURE) через Комиссию по окружающей среде Союза балтийских городов. Vanha Suurtori 7, 20500 Turku, Finland (Финляндия); 2012. 125 с.Treatment of sewage sludge: useful experience and practical advice. (Project on Urban Reduction of Eutrophication, PURE) through the Union of Baltic Cities Environment Commission. Vanha Suurtori 7, 20500 Turku (Finland); 2012. 125 p. (in Russian)Fijalkowski K., Rorat A., Grobelak A., Kacprzak M.J. The presence of contamination in sewage sludge - the current situation. J Environ Manage. 2017; 203 (3): 1126-36. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.05.068Fijalkowski K., Rorat A., Grobelak A., Kacprzak M.J. The presence of contamination in sewage sludge – the current situation. J Environ Manage. 2017; 203 (3): 1126–36. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.05.068Плахотник О.М., Волошын М.Д., Журавлёва А.В. Исследование осадков сточных вод с целью получения органоминеральных удобрений. Вопросы химии и химической технологии. 2004; 2: 210-3.Plakhotnik O.M., Voloshyn M.D., Zhuravlova A.V. Investigation of sewage sludge in order to obtain organomineral fertilizers. Voprosy khimii i khimicheskoy tekhnologii. 2004; 2: 210–3. (in Russian)Анциферова Е.Ю., Болышева Т.Н., Касатиков В.А., Юмвихозе Э. Распределение микроэлементов в профиле дерново-подзолистой почвы при внесении осадков сточных вод и извести. В кн.: Материалы Международной научной конференции «Биологические ресурсы и устойчивое развитие. Пущино; 2001: 11.Antsiferova E.Yu., Bolysheva T.N., Kasatikov V.A., Yumvikhose E. Distribution of microelements in the profile of sod-podzolic soil with the introduction of sewage sludge and lime. In: Proceedings of international science conference “Biological resources and sustainable development”. Pushchino, October 29. Nov. 2, 2001. Moscow; 2001: 11. (in Russian)Михайлов Л.Н., Пужайкин И.В., Марковская М.П., Марковская Г.К. Научные основы применения осадков городских сточных вод в качестве удобрения. Самара: Кн. изд-во; 1998. 160 с.Mikhailov L.N., Puzhaykin I.V., Markovskaya M.P., Markovskaya G.K. Scientific basis for the application of municipal sewage sludge as a fertilizer [Nauchnyye osnovy primeneniya osadkov gorodskikh stochnykh vod v kachestve udobreniya]. Samara: knizhnoe izdatelstvo; 1998. 160 p. (in Russian)Шуравилин А.В., Сурикова Н.В. Опыт удобрения почв осадком сточных вод в Московской области. Агрохимический вестник. 2006; 1: 24-7.Shuravilin A.V., Surikova N.V. The experience of fertilizing soils with sewage sludge in the Moscow Region. Agrokhimicheskiy vestnik. 2006; 1: 24–7. (in Russian)Болышева Т.Н., Валитова А.Р., Кижапкин П.П., Касатиков В.А. Результаты утилизации осадков сточных вод во Владимирской области. Агрохимический вестник. 2006; 1: 28-9.Bolysheva T.N., Valitova A.R., Kizhapkin P.P., Kasatikov V.A. Results of utilization of sewage sludge in the Vladimir region. Agrokhimicheskiy vestnik. 2006; 1: 28–9. (in Russian)Качество почвы. Определение содержания подвижных соединений марганца (цинка, кадмия, железа, кобальта, меди, никеля, хрома, свинца) в почве в буферной аммонийно-ацетатной вытяжке с pH 4,8 методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии: ДСТУ 4770.1:2007-ДСТУ 4770.9:2007. Киев: Госпотребстандарт Украины; 2009. (Национальные стандарты Украины).Soil quality. Determination of the manganese movable compounds (zinc, cadmium, iron, cobalt, copper, nickel, chromium, lead) in soil at buffer ammonium acetate extracts with pH 4.8 using atomic absorption spectrophotometry: DSTU 4770.1: 2007; DSTU 4770.9: 2007. Kiev: Gospotrebstandart of Ukraine; 2009. 117 p. (National standards of Ukraine). (in Russian)Карякин А.В., Грабовская И.Ф. Методы оптической спектроскопии и люминисценции в анализе природных и сточных вод. М.: Химия; 1987. 304 с.Karyakin A.V., Grabovskaya I.F. Methods of optical spectroscopy and luminescence in the analysis of natural and waste water [Metody opticheskoy spektroskopii i lyuministsentsii v analize prirodnykh i stochnykh vod]. Moscow: Khimiya; 1987. 304 p. (in Russian)Кисель В.И. Загрязнение почв тяжёлыми металлами. Агроэкологическая оценка земель Украины и размещение сельскохозяйственных культур. Под ред. В.В. Медведева. Киев: Аграрная наука; 1997: 114-25.Kisel V.I. Pollution of soils with heavy metals. Agroecological assessment of lands in Ukraine and the location of crops [Zagryazneniye pochv tyazhelymi metallami. Agroekologicheskaya otsenka zemel’ Ukrainy i razmeshcheniye sel’skokhozyaystvennykh kul’tur]. Ed. V.V. Medvedev. Kiev: Agrarian science; 1997: 114–25. (in Russian)Zar J.H. Biostatistical Analysis. 4th ed., Prentice Hall Inc., New Jersey; 1999.Zar J.H. Biostatistical Analysis. 4th ed., Prentice Hall Inc., New Jersey; 1999.Jose A., Ray J.G. Toxic heavy metals in human blood in relation to certain food and environmental samples in Kerala, South India. Environ Sci Pollut Res Int. 2018; 25 (8): 7946-53.Jose A., Ray J.G. Toxic heavy metals in human blood in relation to certain food and environmental samples in Kerala, South India. Environ Sci Pollut Res Int. 2018; 25 (8): 7946–53.Wang M., Zhao W., Jia X., Wei J., Wang S. Eco-toxicology effect on Moina mongolica Daday exposed to Cd2+, Pb2+, and Hg2+ by the food chain. Environ Sci Pollut Res Int. 2018; 25 (16): 16024-36.Wang M., Zhao W., Jia X., Wei J., Wang S. Eco-toxicology effect on Moina mongolica Daday exposed to Cd2+, Pb2+, and Hg2+ by the food chain. Environ Sci Pollut Res Int. 2018; 25 (16): 16024–36.Bernhoft R.A. Cadmium toxicity and treatment. Sci World J. 2013: 394652. htpps://doi.org/10.1155/2013/394652Bernhoft R.A. Cadmium toxicity and treatment. Sci World J. 2013: 394652. htpps://doi.org/10.1155/2013/394652Rani A., Kumar A., Lal A., Pant M. Cellular mechanisms of cadmium-induced toxicity: a review. Int J Environ Health Res. 2014; 24 (4): 378-99.Rani A., Kumar A., Lal A., Pant M. Cellular mechanisms of cadmium-induced toxicity: a review. Int J Environ Health Res. 2014; 24 (4): 378–99.Apinan R., Satarug S., Ruengweerayut R., Mahavorasirikul W., Na-Bangchang K. The influence of iron stores on cadmium body burden in a Thai population. Environ Geochem Health. 2010; 32 (3): 237-42.Apinan R., Satarug S., Ruengweerayut R., Mahavorasirikul W., Na-Bangchang K. The influence of iron stores on cadmium body burden in a Thai population. Environ Geochem Health. 2010; 32 (3): 237–42.Athmouni K., Belhaj D., El Feki A., Ayadi H. Optimization, antioxidant properties and GC-MS analysis of Periploca angustifolia polysaccharides and chelation therapy on cadmium-induced toxicity in humanHepG2 cells line and rat liver. Int J Biol Macromol. 2018; 108: 853-62.Athmouni K., Belhaj D., El Feki A., Ayadi H. Optimization, antioxidant properties and GC-MS analysis of Periploca angustifolia polysaccharides and chelation therapy on cadmium-induced toxicity in humanHepG2 cells line and rat liver. Int J Biol Macromol. 2018; 108: 853–62.Patrick L. Lead toxicity, a review of the literature. Part 1: Exposure, evaluation, and treatment. Altern Med Rev. 2006; 11 (1): 2-22.Patrick L. Lead toxicity, a review of the literature. Part 1: Exposure, evaluation, and treatment. Altern Med Rev. 2006; 11 (1): 2–22.Patrick L. Lead toxicity part II: the role of free radical damage and the use of antioxidants in the pathology and treatment of lead toxicity. Altern Med Rev. 2006; 11 (2): 114-27.Patrick L. Lead toxicity part II: the role of free radical damage and the use of antioxidants in the pathology and treatment of lead toxicity. Altern Med Rev. 2006; 11 (2): 114–27.Gidlow D.A. Lead toxicity. Occup Med (Lond). 2015; 65 (5): 348-56.Gidlow D.A. Lead toxicity. Occup Med (Lond). 2015; 65 (5): 348–56.Flora S.J., Flora G., Saxena G., Mishra M. Arsenic and lead induced free radical generation and their reversibility following chelation. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 2007; 53 (1): 26-47.Flora S.J., Flora G., Saxena G., Mishra M. Arsenic and lead induced free radical generation and their reversibility following chelation. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 2007; 53 (1): 26–47.de Souza I.D., de Andrade A.S., Dalmolin R.J.S. Lead-interacting proteins and their implication in lead poisoning. Crit Rev Toxicol. 2018; 48 (5): 375-86.de Souza I.D., de Andrade A.S., Dalmolin R.J.S. Lead-interacting proteins and their implication in lead poisoning. Crit Rev Toxicol. 2018; 48 (5): 375–86.Jomova K., Jenisova Z., Feszterova M., Baros S., Liska J., Hudecova D. et al. Arsenic: toxicity, oxidative stress and human disease. J Appl Toxicol. 2011; 31 (2): 95-107.Jomova K., Jenisova Z., Feszterova M., Baros S., Liska J., Hudecova D. et al. Arsenic: toxicity, oxidative stress and human disease. J Appl Toxicol. 2011; 31 (2): 95–107.Watanabe T., Hirano S. Metabolism of arsenic and its toxicological relevance. Arch Toxicol. 2013; 87 (6): 969-79.Watanabe T., Hirano S. Metabolism of arsenic and its toxicological relevance. Arch Toxicol. 2013; 87 (6): 969–79.Sinha M., Manna P., Sil P.C. Protective effect of arjunolic acid against arsenic-induced oxidative stress in mouse brain. J Biochem Mol Toxicol. 2008; 22 (1): 15-26.Sinha M., Manna P., Sil P.C. Protective effect of arjunolic acid against arsenic-induced oxidative stress in mouse brain. J Biochem Mol Toxicol. 2008; 22 (1): 15–26.McIvor M.E. Acute fluoride toxicity. Pathophysiology and management. Drug Saf. 1990; 5 (2): 79-85.McIvor M.E. Acute fluoride toxicity. Pathophysiology and management. Drug Saf. 1990; 5 (2): 79–85.Choi A.L., Sun G., Zhang Y., Grandjean P. Developmental fluoride neurotoxicity: a systematic review and meta-analysis. Environ Health Perspect. 2012; 120 (10): 1362-68.Choi A.L., Sun G., Zhang Y., Grandjean P. Developmental fluoride neurotoxicity: a systematic review and meta-analysis. Environ Health Perspect. 2012; 120 (10): 1362–68.Pandey J., Pandey U. Fluoride contamination and fluorosis in rural community in the vicinity of a phosphate fertilizer factory in India. Bull Environ Contam Toxicol. 2011; 87 (3): 245-9.Pandey J., Pandey U. Fluoride contamination and fluorosis in rural community in the vicinity of a phosphate fertilizer factory in India. Bull Environ Contam Toxicol. 2011; 87 (3): 245–9.Дрозд Г.Я., Зотов Н.И., Маслак В.Н. Техникоэкологические записки по проблеме утилизации осадков городских и промышленных сточных вод. Донецк: ИЭП НАН Украины; 2001Drozd G.Ya., Zotov N.I., Maslak V.N. Technical and ecological notes on the problem of utilization of urban and industrial sewage sludge [Tekhnikoekologicheskiye zapiski po probleme utilizatsii osadkov gorodskikh i pro myshlennykh stochnykh vod]. Donetsk: IEP NAS of Ukraine; 2001. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.