Минеральные и органоминеральные удобрения - плюсы и минусы, польза или вред
ни один вид не может жить в созданных им отходах
В.И. Вернадский
На основе тщательного анализа положения дел на всех этапах индустрии химии и технологии минеральных удобрений от добычи, подготовки, переработки сырьевых ресурсов до получения и использования целевых продуктов в сельскохозяйственном производстве автор статьи изложит истинную картину несостоятельности этой политики и представит на суд читателей "новую политику удобрений", в которой будут предложены эффективные пути решения вышеуказанных проблем.
Необходимо отметить, что как только люди научились синтезировать и производить удобрения, они решили грандиозную проблему в области обеспечения растений питательными элементами. Естественно, что для производства удобрений необходимо было подобрать подходящее сырьё, найти методы и пути его переработки. Синтез тех или иных удобрений требовал, вместе с тем, глубоких теоретических знаний для решения вопросов инженерно-технического профиля. Химическая наука, её основные законы рождали и совершенствовали инженерно-техническую мысль – в этом суть прогресса.
Развитие химии удобрений и дальнейшее внедрение её достижений в масштабное производство привели к строительству химических гигантов в Российской Федерации, Центрально-Азиатском регионе и других странах мира. Анализ тенденции развития и функционирования тех или иных рудников, промышленных и сельскохозяйственных предприятий в общемировом формате показывает, что получение целевых продуктов непременно сопровождается образованием огромных количеств жидких, твёрдых и газообразных отходов. Парадоксально, но уже на стадии научных и проектных разработок, а также в силу других причин специфического характера осуществляется планирование отходов, но при этом не прорабатываются методы их обезвреживания и утилизации. Вместо этого проектируются всевозможные шламонакопители, отстойники и другие непопулярные меры: вывоз за территорию предприятий и складирование на неопределённый срок, закачка в буровые скважины, сброс в естественные овраги, реки, моря, атмосферу, сжигание, упаковка в контейнеры и т.д. Таким образом, рождается новая проблема – экологическая – один из парадоксов хозяйственной деятельности человека.
В конкретном формате данной проблемы следует отметить, что технологические аспекты существующих производств, структурные особенности и свойства образующихся отходов, показывают разнообразную и богатейшую их химическую природу, при ближайшем рассмотрении которой становится вполне очевидной возможность кооперирования разнородных по своей химической сущности производств. В этом плане мировой опыт организации производств, особенно в химических отраслях, показывает, что для утилизации промышленных отходов лучшие результаты такой кооперации могут быть получены при сочетании предприятий, то есть, когда отходы, тепловые потоки одного из них могут служить сырьём и энергоносителями для другого производства.
В научной литературе, начиная с 30-х годов, постоянно упоминается о деградации почв и разрушении почвенного покрова. Причин здесь много. Это и влияние климатических особенностей, и высокие дозы вносимых удобрений или их недостаток, отсутствие паров и севооборотов, интенсификация землепользования, недостаток влаги, засоление, эрозионные процессы и другие факторы. Всё чаще в качестве основной причины упоминается потеря гумуса в почве. А в качестве средства для компенсации ежегодных потерь гумуса пахотными почвами рекомендуется внесение органических удобрений. При этом уже на протяжении не одного десятка лет фигурируют одни и те же цифры: "требуется по минимальным подсчётам 1,5 млрд. т органических удобрений, а реальный ресурс не превышает 1,0 млрд. тонн". В этих простых расчётах авторы видят актуальность проблемы и трудность её решения.
Актуальность понятна – надо вносить гумус и повышать плодородие почв, трудность же, по их мнению, заключается в недостатке навоза, птичьего помёта, соломы, зелёных удобрений, отходов коммунального хозяйства и т.д.
Трудность на самом деле заключается в другом. Допустим, есть в наличие 1,0 млрд. т органических удобрений в виде навоза, компоста. Влажность таких удобрений, как правило, составляет 40-60% и более. На 1 гектар надо внести 60 или 120 т. Это на один и тот же гектар надо привести 6 или 12 КамАЗов, если в нём поместится 10 тонн. Поле от склада находится на расстоянии 50 км. Чтобы обработать 1 гектар, КамАЗ должен сделать 600 или 1200 км. Теперь, если всё это пересчитать на горючее, амортизацию, зарплату и прочие статьи расхода, то с учётом неблагоприятных (как всегда) погодных условий и бездорожья – никакая экономика не выдержит такого агротехнического мероприятия. А далее, в Целевой Программе в качестве одного из факторов риска появится лаконичная запись: "дефицит органических удобрений в связи с недостаточным развитием животноводства".
Следует отметить, что количественно-качественные характеристики органических сырьевых ресурсов и отходов представлены 4-мя основными видами: природные ископаемые – (бурые и каменные угли, торф, ил, сапропель и другие); растительные и промышленные отходы – (солома, стебли хлопчатника, подсолнечника, кукурузы, кенафа и других растений, хлопковая шелуха, семечковая лузга, кукурузная кочерыжка, рисовая оболочка и другие, отходы деревообрабатывающей, гидролизной промышленности и другие); животные – (навоз, птичий помёт, гуано); бытовые – (городские сточные воды и другие).
Это огромный ресурс органического сырья (только одних торфяных залежей в Российской Федерации составляет 200,0 млрд. т), который может быть вовлечён в производство компостов, органических и органоминеральных удобрений. Так что говорить о каком-то дефиците органического сырья, не замечая его изобилия вокруг, абсолютно неправомерно. Богатые ископаемые ресурсы и ежегодно восстанавливаемые растительные, животные и бытовые отходы при соответствующей их активации, в результате которой норма внесения на гектар может быть снижена с 60-120 тонн до 500-1000 кг, решат проблему повышения гумуса, плодородия почв и эффективности NPK-удобрений.
Следует остановиться также на ассортименте и качестве выпускаемых удобрений (аммофос, аммофосфат, карбамид, аммиачная селитра и другие). Все они выпускаются в соответствии с ГОСТом, предусматривающим определённую влажность, прочность гранул, рассеиваемость, слёживаемость, содержание питательных элементов и т.д. На момент отгрузки удобрения с завода, казалось бы, действительно, всё идёт хорошо, но как только эта продукция попадает в хозяйства, оказывается, что не все товарные показатели соответствуют ГОСТу. Аммиачная селитра, карбамид, например, вместо рассыпчатых гранул приобретают форму мешка, монолита. Внести такое удобрение равномерно в почву уже не предоставляется возможным, а потому нередко на поле можно увидеть кое-как раздробленные куски этих удобрений или монолиты в форме мешков где-нибудь в системе поливочных коллекторов.
Конечно, здесь можно было бы развить полемику по поиску "стрелочника", например, о несоблюдении требований складирования, хранения, плохие погодные условия и т.д. Однако эта проблема имеет место и как бы хозяйственники ни старались, они её не смогут решить, поскольку аммиачная селитра (в соответствии с ГОСТом) выпускается с влажностью не более 0,1%, уберечь которую от влияния относительной влажности воздуха, а стало быть, сохранить сыпучесть практически невозможно.
Большое место в научной литературе уделено обсуждению вопроса эффективности применяемых удобрений. Здесь следует отметить, что учёные не только доказали факт крайне низкого коэффициента использования питательных веществ растениями, но и выявили множество факторов, влияющих на эффективность удобрений, среди которых форма питательных веществ, подаваемых в составе удобрений, их растворимость, влияние состава, разности и влажности почв, времени, биологические процессы, особенности почв и т.д. Если взять к примеру удобрения, в которых фосфор представлен в виде аммонийных, хорошо растворимых в воде солей, и удобрения, в которых фосфор представлен в форме кальциевых, магниевых и других фосфатов, плохо растворимых в воде, то эффект от их применения один – КПД не превышает 15-20% от внесённого количества фосфора. Остальные 70-80% фосфора закрепляются почвой, в связи с чем возникает новая проблема – изыскание способов и средств по раскрепощению и мобилизации закреплённых почвенных фосфатов. Такая же картина просматривается и при применении азотных удобрений, КПД которых не превышает 30-40%, остальная часть этого питательного элемента разлагается, вымывается в подпочвенные горизонты и не только безвозвратно теряется, но и создаёт следующую проблему – экологическую в биосфере. Следовательно, форма удобрений и их высокая растворимость, по мнению многих учёных, является некоторым гарантом по обеспечению растений в период роста, развития и созревания доступными питательными веществами, однако высокие потери последних никак не вписываются в рамки экономического и экологического характера.
Резюмируя вышеизложенное необходимо ещё раз подчеркнуть, что интерес учёных и исследователей к промышленным отходам чрезвычайно разнообразен. Он проявляется от стремления познания их состава, строения, способов переработки в полезные продукты и применения в народном хозяйстве до обоснования концептуального разрешения ряда научных и практических задач, возникающих в макросистеме: сырьё – отход – удобрительные средства – почва – растение – урожай, и заключающихся или в создании безотходных технологий, или в использовании образующихся отходов в качестве сырья для производства удобрений, ингибиторов, структурантов, физиологически активных и других веществ.
Однако, несмотря на, казалось бы, очевидную выгоду, которую можно получить, если вовлечь в сферу производства удобрений огромные запасы вторичного и некондиционного сырья, промышленные отходы и вещества гумусовой природы, в нашей стране, к сожалению, до сих пор не решён главный вопрос − немедленная или плановая их утилизация, например, для масштабного производства и применения органических и органоминеральных удобрений. Ввиду чего огромные количества жидких, твёрдых и газообразных отходов, которые можно было бы использовать для этих целей, получили прописку в отвалах, статус "сырьё на свалку" и на протяжении многих десятилетий наносят огромный ущерб окружающей среде во всём мире.
С развитием науки и техники механизм промышленного производства от года к году, несомненно, становится лучше, нежели процесс устранения отходов, а то, что мы сегодня именуем переработкой и использованием отходов, вряд ли достойно такой квалификации. Мусорные полигоны всё больше отвоёвывают у человека земельные площади. Отходы, находящиеся там, горят, дымят, гниют, под действием осадков продукты их распада проникают в подпочвенные горизонты и в атмосферу, отравляя всё вокруг. После такой атаки исключается всякая возможность рекультивации и дальнейшего использования земель этих полигонов.
Прогресс, формируемый человеком, каждую отрасль поставил на индустриальную основу, где наряду с товарной продукцией "вырабатываются" отходы, количество которых зачастую превалируют над целевым продуктом.
Индустрии химической промышленности, нефтегазовой отрасли, добычи полезных ископаемых, угледобывающей, машиностроительной и других в процессе своего функционирования "производят" сотни миллионов тонн различных отходов уже в течение нескольких десятков лет. Многие из них укрупнились и, став холдингами и концернами, значительно поправили своё экономическое положение, особенно за счёт выхода на внешний рынок, куда теперь уходят товары, продукты, сырьевые ресурсы высокого качества, а миллиарды тонн вскрышных пород, забалансовых руд, газовые выделения, сточные воды, различные многотоннажные отходы остаются на Российской Земле. Недалёк тот день, когда при таком раскладе она превратится в большой мусорный полигон. Этого допустить нельзя, потому что по образному выражению академика Вернадского В.И. "ни один вид не может жить в созданных им отходах".
Порождению отходов способствуют элементы бесхозяйственности уже на стадии добычи минерально-сырьевых ресурсов. Здесь, как правило, в процессе вскрышных работ в отвалы уходят ценные пласты полезных минералов, которые не являются объектом добычи. В отвалы также уходят менее концентрированные пласты объекта добычи. Всё это в итоге перемешивается и наносит огромный материальный и экологический ущерб почвенному покрову, растительности и окружающей среде.
Несовершенство существующих технологий переработки минерально-сырьевых ресурсов также влечёт за собой образование больших объёмов жидких, газообразных и твёрдых отходов, которые выбрасываются в атмосферу, сливаются в водоёмы, вывозятся в отвалы или на мусорные полигоны. Вред, наносимый природе и окружающей среде в результате этой акции, никто толком не подсчитал. Кроме того, санэпидстанции, Комитеты охраны природы, эколого-токсикологические центры и другие подобные организации, широко представленные на заводах, рудниках, районах, областях, городах, республиках, регионах, думских комитетах вот уже на протяжении нескольких десятков лет усиленно разрабатывают ПДК, ОБУВ и другие критерии, которые по-существу узаконивают выбросы вредных веществ в окружающую среду. Дальнейшая сфера деятельности этой огромной армии чиновников и экспертов сводится к осуществлению периодического контроля деятельности проблемных производств и их выбросами. Всякие выявленные нарушения караются штрафами, которые, однако, на окружающую среду положительного влияния не оказывают.
Поэтому поиск и реализация путей использования минерально-сырьевых ресурсов должны осуществляться по максимально безотходным технологиям с тем, чтобы обеспечить экономическую целесообразность и экологическую безопасность получения целевых продуктов, избежать кризисные ситуации, которые могут быть спровоцированы неконтролируемым накоплением отходов, таящими опасность глобального загрязнения и отравления окружающей среды.
Совершенно очевидно, что человек в такой ситуации ради жизни на Земле, дабы не погибнуть в собственных отходах, должен научиться жить во взаимодействии с Природой, животным и растительным миром, в котором образование отходов и их утилизация есть хорошо уравновешенная система, способная функционировать безгранично долго.
Для того, чтобы доказать возможность получения таких систем, наметить и разработать пути их создания следует ещё раз обратиться к некоторым минеральным отходам, солям и удобрениям, оценить их с точки зрения растворимости, устойчивости в различных почвах и средах, технологического совершенствования переработки, качества и эффективности получаемой продукции.
К проблемным производствам в первую очередь следует отнести все существующие аммофосные заводы, которые уже на протяжении десятилетий стабильно "вырабатывают" многотоннажный отход – фосфогипс. Последний получается в результате сернокислотной экстракции фосфора из природных фосфоритов. Образование его изначально заложено в проекте, а количественный выход зависит от качества исходного фосфатного материала.
По литературным экспериментальным данным при переработке апатитового концентрата (39,4% P2O5) на экстракционную фосфорную кислоту образуется 4,3-4,5 т фосфогипса; при переработке фосфорита месторождения Каратау (24,5% P2O5) образуется 6,5 т сухого дигидрата кальция на 1 т P2O5 в фосфорной кислоте. Более бедные фосфориты по содержанию P2O5 (16-22%) значительно снижают КПД сырья за счёт увеличения выхода фосфогипса до 10 т на 1 т P2O5. Обогатительный комплекс ОАО "Апатит" ежегодно в среднем производит около 9,0 млн. т концентрата, из которого можно получить 3,5 млн. т фосфорсодержащих удобрений (в пересчёте на P2O5) и 14,5-15,0 млн. т фосфогипса (сухого дигидрата).
Следует отметить также, что на протяжении последних 40-50 лет в России и странах СНГ технология переработки апатитового и фосфоритового сырья методом сернокислотной экстракции фосфорной кислоты с последующим получением аммофоса занимала и занимает главенствующее положение. За эти годы только за счёт одного ОАО "Апатит" было "выработано" около 600,0 млн. т фосфогипса. С учётом других месторождений фосфатного сырья, также вовлечённых в сферу производства аммофоса нетрудно себе представить объём образовавшегося фосфогипса, для которого, к сожалению, и по сей день не найдено какого-либо разумного технического решения по утилизации.
Для удаления отвалов фосфогипса и их складирования приходится зачастую отчуждать большие площади кадастровых земель, причём эти площади часто превышают размеры промышленных площадок головного производства.
При увеличении роста производства фосфорных удобрений, основные мощности которых сосредоточены в холдингах "ФосАгро", "ЕвроХим", "Акрон" и других, следует ожидать массированного фосфогипсового наступления на окружающую среду. В этой фосфогипсовой агрессии примечательно то, что вышеупомянутые холдинги 85-95% готовой продукции переправят на внешний рынок. Туда же уйдут 30-40% апатитового концентрата и 70% серы.
Как же тут не вспомнить известную сказку о "вершках и корешках". Российский аммофос будет удобрять земли Европы, Азии, Китая, Латинской Америки и т.д., а отходы от производства аммофоса останутся на Родине. Они будут размещены на пахотных угодьях для длительного хранения и дальнейшего загрязнения окружающей среды и биосферы.
Анализ органоминеральных сырьевых ресурсов природного происхождения, а также, созданных человеком, животными и растениями в процессе своей жизнедеятельности, показал их видовое многообразие, определил количественные запасы и качественные показатели, обосновал несовершенство технических решений по их добыче и переработке на целевые продукты.
Несовершенство технических решений прослеживается, прежде всего, в том, что "дикий капитализм", появившийся на месте когда-то плановых государственных промышленных структур, формирует свой капитал без учёта охраны окружающей среды – экологии в целом и экологизации землепользования, в частности. Варварская добыча природных сырьевых ресурсов сопровождается уничтожением почвенного покрова, образованием огромных количеств вскрышных пород и забалансовых руд. При подготовке и переработке сырья в целевые продукты также образуются огромные количества газообразных, жидких и твёрдых отходов, которые, к сожалению, не имеют обязательной и масштабной утилизации.
Имеющиеся на вооружении технические решения по добыче, подготовке и переработке сырьевых ресурсов, например, на минеральные удобрения обязательно предусматривают образование отходов. Однако на каждом вышеупомянутом этапе экономическая составляющая и рентабельность предприятий имеет положительное значение. Экологический ущерб при этом, как правило, умалчивается и не входит в статьи расхода при составлении калькуляции. Здесь нужно отдать должное "виртуозным экономистам", которым, несмотря на низкий КПД сырья (порядка 10-15%), низкий КПД использования питательных элементов целевых продуктов (для азота и калия 30-40%, для фосфора 15-20%) и при негативном (высоком) экологическом напряжении на окружающую среду и биосферу, всё-таки удаётся изыскать и рентабельность производств, и их эффективность как при получении, так и использовании целевых продуктов.
Созданные в Российской Федерации и некоторых странах СНГ концерны, консорциумы, холдинги функционируют в настоящее время, используя месторождения сырьевых ресурсов, производственные мощности и многолетние научные и практические наработки учёных, конструкторов, инженеров и других специалистов Советского Союза. Их деятельность сегодня направлена на решение целевых программ по повышению плодородия сельскохозяйственных земель дальнего зарубежья с последующим импортированием овощей и фруктов на рынки Российской Федерации.
Как же нужно не любить свою страну, чтобы при наличии огромных запасов органоминеральных сырьевых, почвенных, энергетических, научно-технических и других ресурсов оказаться в положении импортёра сельхозпродукции. Это прямой путь к потере продовольственной безопасности. Такая тенденция сохраняется уже на протяжении более 20 лет, то есть со дня образования холдингов (1991 г). Как тут не вспомнить великого и талантливого Павла Луспекаева (Верещагина) с его коронной фразой "За Державу обидно!"
Разработанные в СССР ассортимент и технологии минеральных удобрений вот уже более 50 лет не претерпели каких-либо изменений в плане повышения качества, физико-химических, товарных свойств, экологической безопасности производства, экономической и агрохимической эффективности применения.
Вместе с тем, наладив и хорошо организовав устойчивый сбыт этого ассортимента удобрений на внешнем рынке, новые собственники в этих условиях вынуждены обеспечивать выполнение контрактных обязательств в срок и в полном объёме. Совершенно естественно, что при таком раскладе им некогда, да и незачем заниматься какими-либо научными изысканиями, а потому нет новых технологий по подготовке и переработке сырья, нет новых удобрений с повышенной эффективностью действия питательных веществ и нет никаких технологий по переработке и утилизации побочных продуктов и отходов.
Избежать такой участи можно, если, наряду с другими индустриями, будет создана индустрия утилизации (т.е. использования с пользой) отходов и получение на их основе полезных для народного хозяйства товаров и продуктов.
Масса вещей, которые нас окружают и которые каждую секунду сходят с конвейеров, автоматических линий малых и гигантских промышленных предприятий, начиная от карандаша и стержня шариковой ручки и кончая автомобилем и домостроением, рано или поздно станут отходами.
Производители прекрасно знают, что изготовленные ими стержни шариковых ручек превратятся в отход через пару недель, а алюминиевая банка из-под пива – через пару минут. Но ни один из них даже на секунду не задумывается над тем, что свои отходы как-то надо утилизировать.
Односторонность мышления только в сторону производства материальных благ (товаров) без проработки вопросов их упразднения после прихода в негодность, то есть устранения вещи вообще, но не на свалку или чердак, в конце концов, приведёт к тому, что в длительной перспективе уже никакая, даже самая прогрессивная программа по охране окружающей среды не обеспечит радикального решения проблемы отходов в целом.
Спасти создавшееся катастрофическое положение, особенно в регионах, где сконцентрирована большая промышленность, можно лишь в одном случае, если в наших странах будут приняты законы об отходах и безотходных технологиях, которые бы обязывали науку, министерства и ведомства при разработке и строительстве тех или иных предприятий в любой отрасли предусматривать обязательную утилизацию или обезвреживание отходов.
Реализация выдвинутой концепции и принятие закона об отходах позволят вывести промышленные и сельскохозяйственные отрасли на совершенно новую ступень развития, при которой учёные, производственники, проектировщики, конструкторы и другие специалисты будут решать единую задачу – создание безотходного производства. Это, в свою очередь, позволит нам уберечь окружающую среду от загрязнения, неминуемые отходы превратить в сырьё и значительно повысить КПД использования природных ресурсов.
Вместе с тем следует при этом иметь в виду, что прогресс, формируемый по воле и законам человека, не будет вступать в противоречие с законами природы, ибо эти законы − равновесия и гармонии − во все времена останутся самыми совершенными. Если внимательно понаблюдать за природой, то можно увидеть, что отходы, полученные в результате жизнедеятельности растений, не лежат незыблемо годами, а, наоборот, разлагаются чрезвычайно быстро. Взять, к примеру, опавшую осеннюю листву. Она довольно равномерно устилает землю и является средством защиты, обеспечивающим удержание влаги и тепла в той мере, в какой это необходимо для прорастающих семян. По мере прорастания семян и развития молодых растений прошлогодняя листва становится полностью проницаемой для лучей света, особенно той части его спектра, которая необходима для фотосинтеза. Далее, выполнив свою последнюю миссию, отходы окончательно перерабатываются почвенными бактериями, образуя гумус, который обеспечивает дальнейший рост и развитие растений.
Таким образом, утилизация созданных природой отходов проходит незаметно, без применения дорогостоящих вспомогательных средств и без загрязнения почвы, воды и окружающей среды. Отходы ликвидировались бесшумно и без образования неприятных и опасных запахов, газов. В этом плане творения Природы – "доктора философии по экологии" – поражают воображение своим совершенством, и они во много раз превосходят всё, что создано человеком. Следовательно, мы должны стать частью природы технологически и максимально приблизиться к её методам синтеза продуктов, образцов и утилизации образовавшихся при этом отходов. В растительном мире процессы образования отходов и их уничтожение бесконечны, то есть становление и отмирание, созидание и разрушение постепенно и непременно переходят друг в друга.
Следовательно, принимая во внимание уже известные и очевидные факты в этой области, а также, учитывая сложность решения проблемы в организационно-экономическом и экологическом планах, автор данной статьи систематизировал имеющиеся литературные сведения по проблеме отходов, обосновал необходимость их утилизации в направлении синтеза органических, органоминеральных удобрений и физиологически активных препаратов, доказал возможность технологического осуществления этой продукции в том числе и на оборудовании действующих производств, обосновал экологическую безопасность и экономическую целесообразность её масштабного получения и применения в сельскохозяйственном производстве. (Органоминеральные удобрения. Залог экологической и продовольственной безопасности – Л.Ф. Мельников. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2013. - 542 с.).
Доктор технических наук Мельников Леонид Филиппович