Введение. Осадок (отработанный активный ил), образующийся в результате очистки бытовых и производственных сточных вод на станциях биологической очистки, в Российской Федерации рассматривается как органическое удобрение [1–3]. На основании многолетних исследований разработаны стандарты (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, ГОСТ Р 54534-2011 и ГОСТ Р 54535-2011) по их применению в качестве удобрений под сель­скохозяйственные и садово-огородных культуры, а также для биологической рекультивации нарушенных земель и полигонов [4–6].  Свежие осадки сточных вод (ОСВ) относятся к четвертому классу опасности по федеральному классификатору отходов («Ил избыточный биологических очистных сооружений хозяйственно-бытовых и смешанных сточных вод», код отхода 7 22 200 01 39 4 и «Ил избыточный биологических очистных сооружений в смеси с осадком механической очистки хозяйственно-бытовых и смешанных сточных вод», код отхода 7 22 201 11 39 4), содержат ионы тяжелых металлов, патогенную микрофлору, часто засорены инородными предметами, что затрудняет их использование в качестве удобрений. Детоксикация тяжелых металлов проводится путем перевода металлов в малорастворимые или не растворимые не токсичные аминокислотные комплексы, а также путем компостирования осадков с органическими удобрениями, содержащими кальций  [7, 8].  Предлагается реагентная или реагентно-термическая обработка ОСВ с целью их детоксикации [9]. Авторами исследованы процессы биовыщелачивания металлов из ОСВ с участием гетеротрофов, при этом происходит гидрофобизация иловых коллоидов и снижение их отрицательного заряда, детоксикация ила, обогащение биоэлементами  [10] или же с использованием гуминовых кислот в виде гумино-минерального концентрата [11]. Для получения осадка, который будет соответствовать необходимым требованиям, разработан ферментно-кавитационный метод с применением установки для их переработки [12]. Предлагается технология утилизация осадков сточных вод путем компостирования с торфом [13]. Разработан способ, который позволяет снизить экологическую нагрузку при термическом обезвреживании ОСВ, при этом проводят обработку осадка кальцийсодержащими реагентами для извлечения тяжелых металлов, центрифугирование, сушка и пиролиз при температуре 450−550 ºС, что снижает эмиссию серо- и хлорсодержащих соединений [14]. В Санкт-Петербурге ОСВ сжигают в кипящем слое  Pyrofluid с целью уменьшения их количества более чем в десять раз [15]. Они могут быть использованы в производстве строительных материалов [16], для рекультивации нарушенных земель [17−19]. Осадки относятся к крупнотоннажным отходам, образуются непрерывно, их длительное накопление на территории сооружений водоподготовки и очистки сточных вод оказывает негативное влияние на окружающую среду. Работа посвящена исследованию возможностей применения ОСВ в качестве органоминерального удобрения на основании анализа данных о их составе и о состоянии почв.Методика. Правильное применение ОСВ позволит повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечит охрану окружающей среды. Ежедневно на очистных сооружениях бытовых и производственных сточных вод г. Белгорода при обезвоживании флокулянтом смешанного осадка механической (500 м3/сут.)  и биологической очистки (1000 м3/сут.) получают около 70 м3/сут. кека. Данный обезвоженный кек состоит из осадка механической (на 1/3)  и биологической очистки (2/3), который предварительно обработан овицидным препаратом «Пуроллат». Установлена доля органической части в кеке, которая составляет 64,5 %, при этом в  норме должно быть не менее 20 % [1].  Содержание тяжелых металлов и мышьяка в исследуемой почве и в смешанном ОСВ не превышает допустимые нормы (табл. 1 и 2). Согласно ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 осадок отнесен к первой категории и может быть использован под все виды сельскохозяйственных культур, кроме овощных, грибов, зелени и земляники, в то же время он полностью подходит для технической и биологической рекультивации загрязненных почвогрунтов по содержанию тяжелых металлов по ГОСТ Р 54534-2011 [2]. Проведен эксперимент по использованию смешанного ОСВ в различных пропорциях с почвой и совместно с пылью электрофильтров цементного производства (в количестве 1,5 и2,5 %). Содержание ОСВ составило, % к массе смеси: 20,0; 30,0; 40,0; 50; 60 и 100  %. Задачами исследования являлось:  1. Подбор оптимальной почвенной смеси, содержащей осадок биологической и механической очистки сточных вод и пыли электрофильтров цементного производства. 2. Определение всхожести (%) и длины стеблей семян кресс-салата (Lepidium sativum), ячменя (Hordéum vulgáre) и пшеницы (Triticum vulgare) в почвенных смесях. 3. Определение фитотоксичности ОСВ по массе растений на вегетационный сосуд (%).4. Определение концентрации тяжелых металлов в зеленой массе проростков для злаковых культур в пересчете на сухое вещество (Hordéum vulgáre, Triticum vulgare), мг/кг.Почва отбиралась в парковой зоне на территории БГТУ им. Шухова в сентябре 2014 г. Содержание тяжелых металлов и мышьяка анализировалось по методикам определения тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства и по определению мышьяка в почвах фотометрическим методами; значение рН (по хлориду калия) составило 6,8 (при норме pHКCl > 5,5). В табл. 3 приведены данные по содержанию органического вещества (гумус), азота, фосфора и калия. Таблица 1Содержание тяжелых металлов в осадке сточных водНаименование металлаКонцентрация, мг/кг сухого вещества, не более, для осадков группыГруппа IГруппа IIОсадок Свинец (Pb)25050021,4Кадмий (Cd)15300,723Никель (Ni)20040020,8Хром (Cr)50010000,723Цинк (Zn)17503500485,7Медь (Сu)7501500160,4Ртуть (Hg)7,5150,184Мышьяк (As)10200,75 Таблица 2 Результаты анализов содержания тяжелых металлов в почве (валовые формы)Содержание тяжелых металлов (мг/кг сухого вещества)Металл Свинец Кадмий Никель Хром Цинк Ртуть Мышьяк ОДК для почвы, pHКсл > 5,51302,080не установлена2202,13,23Исследуемая почва15,400,33222,8121,2932,430,02510  Таблица 3Результаты испытаний образца почвы на содержание гумуса, азота, фосфора и калияНаименование показателяЕд. измеренияНаименование НД, регламентирующей методику проведения испытанийФактическое значение по результатам измеренияПогрешность значенияГруппировка по содержаниюСтепень кислотности (pHKCl вытяжки)Ед. pHГОСТ 26483-856,8± 0,1нейтральнаяАзот гидролизуемыймг/кгпо методу Корнфилда, МСХ, 1985 г.151± 15средняяОрганические вещество (гумус)%ГОСТ 26213-914,9± 0,73средняяФосфор подвижныймг/кгГОСТ 26213-9143± 3,0повышеннаяКалий подвижныймг/кгГОСТ 26213-91530± 42высокая  В работе для приготовления почвенных смесей использовали пыль электрофильтров ЗАО «Белгородский цемент», которая имеет щелочную реакцию среды, содержит калий в количестве более 5,0 % в пересчете на оксид. Согласно литературным данным пыль может быть использована для раскисления кислых почв и как удобрение, ее химический состав представлен, % масс.:  Fe2O3 − 6,49−7,11; CaO − 44,97−53,54; SiO2 – 14,27; Al2O3 − 1,28−6,20; MgO − 0,53−6,32; K2O − 5,25; Na2O – 0,25; SO3 − 2,30; Cl − 2,24; ппп − 4,84−22,1. Пыль представляет собой смесь карбонатов с преобладанием карбоната кальция, бикарбонатов, гидроксида кальция, сульфатов, глинистых минералов, тонкодисперсного кремнезема, в небольшом количестве силикатов калия, а также пониженное количество клинкерных минералов. Присутствуют гипс, оксид кальция, полуторные оксиды и некоторые микроэлементы. При приготовлении почвенных смесей учитывалось значение рН водной вытяжки, которое не должно выходить за пределы, более чем 8,0. Основная часть. Семена ячменя и пшеницы высаживали в пластиковые контейнеры (вегетационные сосуды) в количестве по сто штук. Повторность эксперимента была трехкратная. На рис. 1−6 приведена зависимость длины ростков и всхожести семян ячменя (Hordéum vulgáre), пшеницы (Tríticum vulgáre) и кресс-салата (Lepidium sativum) от содержания ОСВ в почвенных смесях.     Рис. 1. Зависимость длины ростков Hordéum vulgáre от содержания ОСВ в почвенных смесях  Как видно из представленных результатов, длина ростков уменьшается с увеличением доли осадка в почвенных смесях (особенно после 40−50 %), что говорит о его фитотоксическом действии. В тоже время, он отнесен к первой категории по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Возможным фактором негативного влияния осадка биологической очистки является то, что он является техногенным отходом и разработанные нормативы по содержанию металлов в осадке ориентированы на санитарно-гигиеническое нормирование для человека, но не учитывают фитотоксическое действие на растения. Как следует из рис. 3 и 4 всхожесть семян ячменя и пшеницы снижается с увеличением доли осадка, более чувствительным из двух злаковых является ячмень. Следует отметить положительное влияние добавки осадка в количестве до 40 % на всхожесть семян. Сравнивая содержание пыли электрофильтров цементного производства, следует отметить, что  ее содержание в количестве 1,5 % также положительно влияет на растения, а содержание 2,5 % снижает всхожесть семян.   Рис. 2. Зависимость всхожести Hordéum vulgáre от содержания ОСВ в почвенных смесях Рис. 3. Зависимость всхожести семян Tríticum vulgáre  от содержания ОСВ в почвенных смесях  Рис. 4. Зависимость длины ростков Tríticum vulgáre от содержания ОСВ в почвенных смесях Рис. 5. Зависимость длины ростков Lepidium sativum от содержания ОСВ в почвенных смесях Рис. 6. Зависимость всхожести семян Lepidium sativum от содержание ОСВ в почвенных смесях  Кресс-салат оказался самым чувствительным растением, из рис. 5 следует отметить, что с увеличением доли осадка длина ростков уменьшается. Например, на 12 день  эксперимента, длина стеблей в контроле составила 6 см (при наличии 1,5 % пыли электрофильтров цементного производства), а в осадке биологической очистки – 2 см. Пыль электрофильтров в количестве 2,5 % не рекомендуется, т.к. она угнетает проростки по сравнению с содержанием  1,5 %. т.е. при содержании пыли 1,5 %, при прочих равных условиях (одинаковая доля осадка биологической очистки) длина стеблей выше на 6, 12 и 15 дни эксперимента.В отношении кресс-салата визуально было заметно негативное воздействие ОСВ с увеличением его доли в составе почвенной смеси.  При содержании пыли электрофильтров цементного производства в количестве 2,5 % ростки слабые и единичные при содержании ОСВ в количестве 40 и 50 % соответственно.  В вегетационном сосуде с содержанием пыли1,5 %, а осадка 60 % всходы дружные, в при100 % содержании осадка они практически отсутствуют. Как известно, кресс-салат является очень чуствительным тест-объектом.Определение тяжелых металлов в озоленной зеленой массе проростков в пересчете на сухое вещество проводили методом рентгеновской флуоресценции (XRF) на приборе «Thermo Scientific Серия ARL 9900 IntelliPower ARL 9900 WorkStation», который позволил определить элементный состав проб. Для его выполнения растения срезали, высушивали до постоянной массы, далее проводили озоление при температуре 700 ºС в течении 40 минут. Количество тяжелых металлов в золе определяли с использованием формулы:                                                                                                                              (1)где Стм – масса тяжелых металлов, %; Стм в золе – масса тяжелых металлов в золе, г; Мзолы – масса золы, г; Мсух.вва – масса сухого вещества (высушенная зеленая масса ростков злаковых культур), г. В дальнейшем вели пересчет на сухое вещество в мг/кг сухой продукции. Согласно нормативном документу [20] предельно допустимые концентрации цинка, железа и меди в грубых и сочных кормах составляют 50,0; 50,0 и 30 мг/кг корма соответственно. Марганец согласно данному документу не нормируется в растительных кормах, но в табл. 4 и 5 представлен и в отношении него наблюдается тенденция к увеличению с ростом доли ОСВ в составе почвенной смеси.  Как видно из приведенных данных, содержание меди не превышает во всех случаях.  Таблица 4Содержание тяжелых металлов в зеленой массе Hordéum vulgáre, мг/кг  МеталлСодержание ОСВ в почвенной смеси,  % (в пересчете на сухое вещество)ПочваПесок2030405060100Содержание пыли электрофильтров цементного производства 2,5 %Fe18,020,415,529,042,051,073,066,5Cu16,50,910,013,012,929,030,028,5Zn37,020,027,230,044,556,059,052,0Mn62,012,022,538,034,567,078,075,0Содержание пыли электрофильтров цементного производства 1,5 %Fe18,020,926,7304230,025,066,5Cu16,560,050,020,010,08,210,028,5Zn37,020,023,032,038,044,549,052,0Mn62,032,035,040,049,651,652,075,0  Содержание железа и цинка превышает норму в сухой массе ячменя от 50 % содержания ОСВ в почвенных смесях (при содержании пыли электрофильтров цементного производства2,5 %). Количество железа превышает в зеленой массе пшеницы при 60 % содержания ОСВ в почвенной смеси. При выращивании в сосуде, где содержание ОСВ составляло 100 %, цинк и железо в зеленой массе пшеницы также превышают.  Таблица 5 Содержание тяжелых металлов в зеленой массе Tríticum vulgáre, мг/кг  МеталлСодержание ОСВ в почвенной смеси,  % (в пересчете на сухое вещество)ПочваПесок2030405060100Содержание пыли электрофильтров цементного производства 2,5  %Fe11,77,321,120,427,541,060,974,0Cu8,60,6614,715,817,619,619,727,2Zn32,015,734,735,938,336,049,558,6Mn80,044,024,053,266,059,775,085,4Содержание пыли электрофильтров цементного производства 1,5 %Fe11,77,310,623,626,239,444,074,0Cu8,60,66н/о19н/он/он/о27,2Zn32,015,717,619,622,638,532,058,6Mn50,844,061,266,857,068,273,085,4  Метод определения фитотоксичности методом проростков [21]  основан на реакции тест-культур при внесении в почву отхода (ОСВ и цементной пыли), он позволяет выявить ингибирующее действие веществ, их стимулирующее влияние, активизирующее развитие тест-культур. Фитотоксический эффект (ФЭ) рассчитан по на массе растений по формуле (%):ФЭ =  ,                     (2)где МК – масса всех растений на сосуд в контрольном сосуде; МХ – масса всех растений, выращенных на предположительно фитотоксичной среде.Для каждого вегетационного сосуда рассчитывали вес высушенной зеленой массы. На рис. 7−9 представлены диаграммы, по которым можно проследить стимулирующее влияние и  ФЭ в зависимости от количества ОСВ и пыли электрофильтров. Как показали исследования, ФЭ по массе на сосуд для проростков Hordéum vulgáre наблюдается при содержании осадка в количестве ближе к 100 %. Отрицательный результат при расчете ФЭ говорит о стимулирующем эффекте ОСВ на проростки семян. Аналогичные результаты получены и для проростков Tríticum vulgáre к окончанию вегетационного периода (для них фитотоксический эффект вообще отсутствует).  Рис. 7. Стимулирующее и фитотоксическое действие почвенных смесей с добавкой ОСВ на проростки Hordéum vulgáre (по массе в вегетационном сосуде на 28 день)  .     Рис. 8. Стимулирующее действие почвенных смесей с добавкой ОСВ на проростки Tríticum vulgáre (по массе в вегетационном сосуде на 28 день)  Рис. 9. Фитотоксическое действие почвенных смесей с добавкой ОСВ на проростки Lepidium sativum (по длине стеблей на 15 день эксперимента) Самым чувствительным тест-объектом оказался кресс-салат, фитотоксическое действие наблюдается при содержании ОСВ от 20 до 100 % в почвенных смесях, причем ФЭ выше в случае использования пыли электрофильтров цементного производства в количестве 2,5 %Осадки сточных вод следует использовать в качестве органо-минерального удобрения в дозах от 20 до 40 т/га при влажности 50%. Согласно полученным данным при фиксировании всхожести и длины стеблей, рекомендуемая норма осадка для пшеницы и ячменя составляет до 30−40%.Выводы. Установлено фитотоксическое действие осадка биологической очистки и пыли электрофильтров цементного производства при их добавке к почве. Самым чувствительным тест-объектом оказался кресс-салат (Lepidium sativum), фитотоксическое  действие наблюдается при содержании осадка в почвенных смесях от 20 до 100 %, причем ФЭ по длине проростков выше в случае использования пыли электрофильтров в количестве 2,5%. ФЭ по массе на сосуд для проростков ячменя (Hordéum vulgáre) наблюдается при содержании ОСВ в количестве ближе к 100 %. ФЭ для проростков Tríticum vulgáre вообще отсутствует.  Методом рентгеноструктурного анализа определено содержание четырех тяжелых металлов (цинк, железо, марганец и медь) в золе зеленой массы сельскохозяйственных культур Tríticum vulgáre и Hordéum vulgáre. Установлено, что содержание меди не превышает во всех случаях. Для марганца наблюдается тенденция к увеличению с ростом доли осадка биологической очистки в составе почвенной смеси (но он не нормируется в грубых и сочных кормах). Содержание железа и цинка превышает норму в сухой массе ячменя от 50 % его содержания в почвенных смесях (при содержании пыли электрофильтров цементного производства 2,5 %, но не при 1,5%). Железо также превышает при60 % его содержания в зеленой массе пшеницы. При выращивании в 100 % осадке цинк и железо в зеленой массе пшеницы превышают.