Управление использованием органических отходов в сельском хозяйстве на региональном уровне

Для предприятий - источников отходов критерием к утилизации на сельскохозяйственных угодьях будет служить уменьшение затрат на хранение, уплаты штрафов за негативное воздействие на окружающую среду, сокращение расходов на доочистку жидких отходов от органического вещества и биогенных элементов:

, (12)

где R_kqjm - расход в k-ый период j-ого предприятия при утилизации q-ого отхода на m - ом участке с учетом дисконта (дополнительная подготовка к использованию в сельском хозяйстве, плата за утилизацию сельхозпроизводителю); Д_kqjm - доход в k-ый период j-ого предприятия при утилизации q-ого отхода на m - ом участке с учетом дисконта (уменьшение затрат на хранение, платы за негативное воздействие на окружающую среду, сокращение расходов на доочистку жидких отходов от органического вещества и биогенных элементов);

Ограничения на содержание i-ого показателя для использования на m-ом участке:

X_iqj*U_qjm >= Omin_iqm(13)

X_iqj*U_qjm <= Omax_iqm

Ограничение на объём q-ого отхода используемого на m-ом участке:

V_qj*U_qjm<= N_qjm(14)

На m-ом участке может использоваться только один вид отхода:

, (15)

где X_iqj - содержание i-ого показателя q-ого отхода j-ым предприятием; Omin_iqm - ограничение на минимальное содержание i-ого показателя q-ого отхода для использования на m-ом участке; Omax_iqm - ограничение на максимальное содержание i-ого показателя q-ого отхода для использования на m-ом участке; S_qjm - оплата за утилизацию единицы q-ого отхода j-ым предприятием на m-ом участке с/х производителю; Z_qjm - затраты за доставку единицы q-ого отхода j-ым предприятием на m-ый участкок с/х производителю; V_qj - ежегодное количество q-ого отхода у j-ого предприятия; Д_kqjm - доход в k-ый период m - ого участка при использовании единицы q-ого отхода j-ого предприятия с учетом дисконта; L_qjm - количество периодов при использовании q-ого отхода j-ого предприятия m - ом участке ; N_qjm - годовая норма использования q-ого отхода j-ого предприятия на m - ом участке; U_qjm - признак использования q-ого отхода j-ого предприятия на m-ом `участке.

Затраты за хранение отходов представляют собой расходы на содержание отходов на иловых площадках, буртах или в биологических прудах. Включают земельный налог, заработную плату работников, стоимость энергетических ресурсов и различных вспомогательных материалов. Затраты на подготовку отходов представляют собой расходы на оборудование, механизмы и технологии, амортизационные отчисления, электроэнергию и топливо, заработную плату работников, различные вспомогательные материалы. Исчисление и взимание платы за загрязнение окружающей среды осуществляется на основании положений Федерального закона от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», постановлений Правительства Российской Федерации от 28 августа 1992 г. № 632 «Об утверждении Порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействиях».

Задача оптимизации решена модифицированным симплекс-методом, отличительной особенностью которого является то, что на каждом этапе итерации пересчитывается не вся матрица А^-1, обратная матрице А, а только та её часть, которая относится к текущему базису А_х. Использованный в работе модифицированный симплекс-метод в мультипликативной форме позволяет повысить точность и скорость расчёта.

С целью оптимального распределения органических отходов в регионе разработано программное обеспечение. В состав программного обеспечения включена база данных и модель оптимального распределения органических отходов на сельскохозяйственных землях, которая является ядром системы поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве на региональном уровне.

В пятой главе рассматривается состав и структура региональной модели управления органическими отходами для Алтайского края.

Алтайский край расположен на юго-востоке Западной Сибири. Территория занимает площадь 168 тыс. кмІ. В крае присутствуют почти все природные зоны России-- степь и лесостепь, тайга и горы. Равнинная часть края характеризуется развитием степной и лесостепной природных зон. Климат Алтайского края умеренный, переходный к континентальному, формируется в результате частой смены воздушных масс. Абсолютная годовая амплитуда температуры воздуха достигает 90--95 C. Наиболее сухой и жаркой является западная равнинная часть края. К востоку и юго-востоку происходит увеличение осадков от 230 мм до 600--700 мм в год. В почвенном покрове преобладают черноземы, серые лесные и каштановые почвы, занимающие 88,5% пашни, среди них 77% дефляционно- и эрозионно- опасных земель, много сельскохозяйственных угодий имеют пониженное содержание гумуса и питательных элементов, часть территории загрязнена. В настоящее время содержание гумуса в 75% почв пахотных угодий Алтайского края составляет преимущественно 3-6%. Ежегодно наблюдается тенденция к уменьшению содержания гумуса в черноземах на 0,01-0,03% (Макаренко,1991; Воронкова, Кундиус, 2001). В крае к 2000 году на 1 га пашни вносилось 1,9 кг д.в. минеральных удобрений и 0,2 т -- органических удобрений (Кундиус, 2001). Урожайность зерновых и зернобобовых культур в хозяйствах всех категорий в 1996-2000 гг. составила 8,4 ц/га (Суховеркова, 2009).

С другой стороны, в крае ежегодно формируется 263,4 млн. м³ сточных вод и более 15 млн. м³ животноводческих стоков, накоплено 1,5 млн. т. ОСВ. Накопленные органические отходы позволят повысить плодородие почвы на площади более 25 тыс. га. Основные предприятия - источники органических отходов представлены в таблице 4.

Таблица 4 Основные источники органических отходов в Алтайском крае

В работе приведена оценка основных органических отходов региона.

Городские сточные воды края представлены хозяйственно-бытовыми и смешанными. Хозяйственно-бытовые сточные воды по химическому составу преимущественно гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-хлоридные натриевые, натриево-кальциевые, от слабощелочной до щелочной реакции среды (рН 7,2-9,0), слабоминерализованные (0,65-1,1г/л). В анионном составе преобладают гидрокарбонаты (62,3-481,9 мг/л) и хлориды (134,0-203,2 мг/л), в катионном составе натрий (108,9-412,5 мг/л) и кальций (62,7-123,6 мг/л). Преобладающими солями являются бикарбонат натрия и кальция и хлористый натрий. Содержание окисляющихся веществ (ХПК) в сточных водах 1989-1999 гг. изменялось в пределах 101,31566,2 мгО₂/л на 7,2-56,1% представленных органическими соединениями. Содержание основных элементов питания колебалось в пределах: азота 0-25,5 мг/л, фосфора 0-48,2 мг/л, калия 5,0-23,6 мг/л.Содержание в сточных водах хлоридов (81,9-203,2 мг/л), сульфатов (15,1-130,4 мг/л) и бикарбонатов (183,0-481,9 мг/л) за период 1989-2000 гг., а натрия за 2000 г. (35 мг/л) не превысило рекомендованное. По содержанию биогенных элементов хозяйственно-бытовые сточные воды в целом характеризуются низкой удобрительной ценностью (Додолина, 1978). Сточные воды промышленных предприятий существенно влияют на состав городских сточных вод Барнаула, Бийска и Рубцовска. В свою очередь, химический состав смешанных городских сточных вод по анионно-катионному составу варьируется от гидрокарбонатно-хлоридного, сульфатного до гидрокарбонатного от кальциево-натриевого до натриево-кальциевого в разные годы (по ФГУП АФ НИИССВ «Прогресс», 1992-2006гг. и автора). В среднем это гидрокарбонатно-сульфатные, натриево-кальциевые со слабощелочной реакцией среды (рН 7,3), пресные - по сухому остатку - 0,51 г/л . Нормальная сода отсутствует. Содержание катионов натрия и кальция соответственно составляет 44% и 39% от суммы всех катионов. Преобладающими солями являются бикарбонаты и сульфаты натрия и кальция (Nа - 66,4 и Са-59,1 мг/л.). Высокое содержание натрия предопределяет неблагоприятное соотношение одно- и двухвалентных катионов. Содержание окисляющих веществ в сточных водах после комплексной очистки по показателю ХПК низкое (в среднем 66 мг О₂/л). Характерной особенностью очищенных сточных вод (после КОС) за годы исследований является невысокое содержание в них важнейших элементов питания растений (азота-18,2 мг/л, фосфора - 6,6 мг/л, калия-8,4 мг/л).

Анализируемые сточные воды (SAR_{уточненное} =3,72) хорошего качества с маловероятной степенью засоления и осолонцевания почв. Величина ирригационного коэффициента - 24,6 характеризует воду хорошего качества, пригодную для орошения (Стеблер,1976). Содержание некоторых тяжелых металлов в смешанных городских сточных водах превышает предельно допустимые концентрации, предусмотренные требованиями для вод хозяйственно-питьевого водопользования (таблица 5).

В сточных водах маслосыркомбинатов края содержание биогенных элементов варьируется в пределах: азота 14,3 50 мг/л; фосфора 8,3 44,0 мг/л.; калия 28,5 80 мг/л. Сточные воды маслосыркомбинатов характеризовались: слабощелочной реакцией среды (рН 7,5), по степени минерализации варируются от пресных - 0,65 г/л до среднеминерализованных - 2,2 г/л. Содержание органических веществ меняется в пределах (по ХПК) 689,3 до 2240 мгО₂/л.

Таблица 5 Содержание микроэлементов и тяжелых металлов в городских сточных водах Алтайского края, мг/л

Сточные воды сахаpных заводов края по химическому составу хаpактеpизуются щелочной pеакцией (pH 7,8), высоким содеpжанием ХПК (в сpеднем 2852 мг/л), невысоким содержанием взвешенных веществ (252 мг/л) и средней минеpализацией (2,47 г/л). Сточные воды по содержанию азота (40,5 мг/л), фосфоpа (14,2 мг/л) и калия (69 мг/л) относятся к сpеднеудобрительным. По сравнению с другими видами сточных вод, как следует из литеpатуpных данных, в них значительно меньше фосфоpа и калия (Додолина, 1978 г.). В анионном составе солей преобладают бикарбонаты, их величины по С.Я. Сойфеp и А.H. Василенко превысили допустимые пределы. Содержание иона хлоpа по В.Т. Додолиной несколько пpевышает pекомендуемые пpеделы. По другим катионам их содеpжание находилось в допустимых пределах. Согласно методике С.Я. Бездниной(1999), сточные воды сахаpного завода относятся к тpетьему классу (огpаниченно-пpигодны) по степени опасности осолонцевания почв и к пятому классу (использовать небезопасно по опасности засоления почв). Их использование в сельском хозяйстве возможно пpи более длительном отстаивании, пpи котоpом пpоисходит улучшение химического состава сточных вод и пpоведение поливов экологически допустимыми нормами.

Наибольшей удобрительной ценностью характеризуются осадки сточных вод населенных пунктов и близкие к ним по составу осадки производственных сточных вод многих предприятий пищевой промышленности (таблица 6). Наряду с питательными веществами, в осадках сточных вод, особенно промышленно-бытовых, могут содержаться токсичные вещества - тяжелые металлы, органические соединения, а также яйца гельминтов, патогенная микрофлора, что следует учитывать при использовании их на удобрение.

Таблица 6 Показатели качества осадков сточных вод городов Алтайского края (на сухое вещество)

Осадок сточных вод городов характеризуется содержанием органического вещества 20 %, азота общего - 0,3 %, фосфора общего - 0,5 %, калия общего - 0,1 % . По содержанию тяжелых металлов осадки различают от вида сточных вод. Смешанные сточные воды формируют осадки с превышением ПДК для тяжелых металлов. Хозяйственно-бытовые сточные воды формируют осадок с содержание тяжелых металлов не выше, чем в навозе (таблица 7).

По своим агрохимическим и санитарно-токсикологическим показателям многие осадки сточных вод, поступающие от этих городов, соответствуют требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 и могут использоваться в качестве удобрения.

Таблица 7 Валовое содержание тяжелых металлов и мышьяка в ОСВ (в сухом веществе)

Согласно данным химического анализа, осадки сточных вод г. Барнаула, полученные на канализационных очистных сооружениях КОС-2 (преимущественно от очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на искусственно-биологических сооружениях), относятся к I группе по допустимому содержанию тяжелых металлов и являются пригодными для использования в качестве удобрений под различные культуры, кроме овощных, грибов, зеленных, земляники. Осадки сточных вод, получаемые на КОС-1 (преимущественно от очистки промышленных сточных вод), имеют повышенное содержание хрома в отдельных партиях, поэтому отнесены ко II группе с рекомендацией к их использованию под зерновые, зернобобовые, технические и кормовые культуры, а также, наряду с осадками I группы, в зеленом строительстве, промышленном цветоводстве, в лесных и декоративных питомниках, для биологической рекультивации земель.

По содержанию тяжелых металлов все осадки г. Рубцовска пригодны к использованию в качестве удобрения, относятся к I-ой или II-ой группе.

В результате исследования было установлено, что сточные воды и их осадки по санитарно-бактериологическим и санитарно-паразитологическим показателям соответствуют ГОСТу, ограничений к использованию не имеют.

Животноводческие стоки представляют собой смесь экскрементов животных с посторонними примесями, значительно разбавленными водой. Они характеризуются следующими основными физико-химическими показателями: фракционным гранулометрическим составом, влажностью, плотностью, температурой. В пруд - накопитель, а также на поля орошения поступают в основном фракции размером менее 0,25 мм. В состав стоков входит большое количество органических и питательных элементов, необходимых растениям. Химический состав стоков во многом зависит от способа удаления его из помещений ферм. Используемые для утилизации животноводческие стоки характеризуются средней степенью минерализации. Концентрация растворенных вещество по сухому остатку варьируется по годам от 2409 до 5380 мг/л (в среднем 4002 мг/л), а прокаленный остаток от 1418 до 3045 мг/л (среднее 2460 мг/л), что указывает на высокое содержание в свиностоках органических веществ. Это подтверждается данными по химическому потреблению кислорода (ХПК). По годам исследований ХПК варьируется в пределах 11200 - 15805 мг/л и в среднем составляет 13958 мг/л. Из ионов солей в стоках в анионном составе преобладают бикарбонат-ион и хлор-ион, а из катионов - калий и кальций. Реакция свиностоков слабокислая, близкая к нейтральной (рН - 6,6). Свиноводческие стоки обладают высокой удобрительной ценностью по содержанию элементов питания для растений, так как они содержат: азота 744 мг/л, фосфора 532 и калия 843 мг/л. Соотношение N : Р : К = 1,4 : 1,0 : 1,6 является хорошим. Азотсодержащие соединения находятся в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях и могут переходить из одного состояния в другое. Доминирующей формой азота в жидком навозе является аммиачная (82%). Содержащийся в свиностоках фосфор органических соединений используется растениями лучше, чем фосфор минеральных удобрений. Органический растворимый фосфор в бесподстилочном навозе представлен нуклеиновыми кислотами, нуклерпотеидами, фосфорилированными сахарами и др. Калий в жидком навозе представлен исключительно растворимой формой и поэтому легко усваивается, он содержится в составе растворимых солей во взвесях и коллоидных частицах.

Полученные данные показали, что по соотношению отдельных ионов животноводческие стоки вполне пригодны для удобрительного орошения. Однако общая минерализация стоков и концентрация взвешенных веществ довольно высокие. Коэффициент ионного обмена по Антипову - Каратаеву составляет более 1, что свидетельствует о пригодности животноводческих стоков. Ирригационный коэффициент по Стеблеру в среднем составляет 6,1, что характеризует стоки как удовлетворительные. Данные по ионно-натриевому отношению (SAR), а также по SAR выверенному, указывают, что стоки вполне пригодны для орошения, так как они не вызывают ощелачивания почв.

Животноводческие и птицеводческие фермы могут стать источником загрязнения окружающей среды возбудителями инфекционных заболеваний и биогенными веществами. В жидком навозе содержится огромное количество микроорганизмов, вирусов, яиц и личинок гельминтов.

Основным приемом, значительно освобождающим жидкую фракцию от яиц гельминтов, является выдерживание стоков в отстойниках от 10 дней до 2 месяцев, в зависимости от температуры воздуха. За этот период происходит осаждение яиц на дно водоема в осадок. После отстаивания, осветленные свиностоки необходимо перекачать в накопитель, в котором они должны находиться не менее 6 месяцев, в течение которых происходит обеззараживание (Экологические требования…, 1999).

Санитарно-бактериологическая оценка свиноводческих стоков после их отстаивания при поступлении на пашню, свидетельствует о том, что они не содержат патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.

Так, содержание меди в стоках в среднем содержало 0,002 мг/л при ПДК 1,0 мг/л, цинка - 0,001 мг/л, что было меньше ПДК в 1000 раз, кобальта - 0,0002 мг/л при ПДК 0,1, кадмия - 0,0001 мг/л, или в 10 раз меньше ПДК. Из находящихся в стоках тяжелых металлов в наибольшем количестве содержались медь и цинк, а ближе всех к ПДК содержался селен (в 2,5 раза ниже ПДК).

Таким образом, использование органических отходов при их утилизации на земледельческих полях должно учитывать проведение эффективной предварительной очистки и подготовки. Этим обеспечивается снижение угрозы загрязнения объектов окружающей среды вредными микроорганизмами и токсичными веществами и достигается соблюдение санитарно-гигиенических требований.

С целью контроля использования органических отходов в сельском хозяйстве разработана информационная структура использования органических отходов в сельском хозяйстве, состоящая из предприятий - источников отходов, подготовки отходов, центров сертификации, сельскохозяйственных угодий и мониторинга (рис. 10). Контроль использования органических отходов в сельскохозяйственном производстве осуществляется управлением сельского хозяйства администрации Алтайского края, управлением природных ресурсов и охраны окружающей среды, ЗАО "Алтайагрохимия", центром санитарно-эпидемиологического надзора. Сертификацию органических отходов в качестве удобрений проводят центр агрохимической службы, центр государственного санитарно-эпидемиологического надзора в Алтайском крае, ООО «АлтайАгроХимСоюз», НИИХИМ, АГАУ. Мониторинг использования органических отходов в качестве удобрений проводит центр государственного санитарно-эпидемиологического надзора, институт водных и экологических проблем СО РАН, институт экологического мониторинга и центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Контроль правонарушений использования органических отходов в качестве удобрений осуществляет межрайонная природоохранная прокуратура Логическим завершением исследований явилось создание системы поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве.

Рисунок 10 Информационная структура использования органических отходов в сельском хозяйстве

В состав системы входит информационно-справочная система, геоинформационная система региона, система мониторинга обращения органических отходов в регионе, программное обеспечение эффективного распределения органических отходов на сельскохозяйственных землях, математические модели и программное обеспечение.

Функции принятия и реализации решений в СППР при управлении использованием органических отходов в сельском хозяйстве представлены на рисунке 11.

В систему мониторинга ежемесячно поступает информация об органических отходах и сельскохозяйственных угодьях региона. Производится оценка органических отходов в качестве удобрений и сельскохозяйственных угодий для их использования. Выполняются прогнозы водно-солевого режима, микробиологической активности, накопления азота и гумуса, миграции тяжелых металлов в почве и урожайности сельскохозяйственных культур при использовании органических отходов в качестве удобрений. На основании оценки и прогнозов выдаются рекомендации о возможности использования органических отходов в качестве удобрений, определяются нормы и периоды их внесения, рассчитывается экономическая эффективность использования органических отходов в сельском хозяйстве региона.

По модели оптимизации выбирается оптимальный вариант использования органических отходов в сельскохозяйственных предприятиях региона.

В шестой главе представлены сценарные расчеты по оптимизации использования органических отходов в Алтайском крае с помощью системы поддержки принятия управленческих решений, даны рекомендации по их утилизации, а также приведена оценка экономической эффективности информационной системы управления органическими отходами.

Рисунок 11 Функции принятия решений в СППР

С использованием разработанной системы поддержки принятия решений по управлению органическими отходами проведены сценарные исследования. Под сценарием понимается описание картины будущего, состоящей из согласованных, логически взаимоувязанных событий и последовательности шагов, с определенной вероятностью ведущих к прогнозируемому эффективному и безопасному использованию органических отходов. Задача сценарного метода -- выработать некоторое общее понимание обращения органических отходов в регионе и их использования в сельском хозяйстве, которое позволит предприятиям и сельхозтоваропроизводителям действовать согласованно для достижения эффективного и безопасного использования органических отходов в регионе. Разрабатывалось несколько сценариев взаимоотношений между предприятиями и сельхозтоваропроизводителями, что позволило проследить возможные последствия выбора того или иного направления развития. При создании базовой логики сценарного исследования в работе использовался индуктивный метод, основанный на выделении наиболее важных компонентов из оптимального распределения. Рассматривались другие версии, отличающиеся от оптимального распределения (отказ предприятий-источников отходов утилизировать отходы, отказ сельхозтоваропроизводителей использовать их в качестве удобрений, пересмотр экономических договоренностей между предприятиями и сельхозтоваропроизводителями).

Сценарий 1. В управление природных ресурсов и охраны окружающей среды обратились МУП "Рубцовский водоканал", совхоз "Прутской", ОАО "Алейский маслосыркомбинат", МУП "Алейскводоканал", АКГУП "Антипинское" по вопросам утилизации органических отходов на сельскохозяйственных угодьях. Автором, совместно с АФ НИИССВ «Прогресс» было проведено эколого-мелиоративное обоснование возможности использования органических отходов в качестве удобрения на землях совхозов "Никольский" и "Лучистый" Рубцовского района, совхоза "Прутской", СПК "Колхоз им. Димитрова", ТОО «Колпаковское», подсобного хозяйства "Алтайхимпрома", АКГУП "Антипинское", которое показало, что органические отходы пригодны к использованию после предварительной подготовки. Капиталовложения, связанные с утилизацией органических отходов совхозов "Никольский" и "Лучистый", берет на себя МУП "Рубцовский водоканал"; СПК "Колхоз им. Димитрова" берет на себя ОАО "Алейский маслосыркомбинат"; ТОО «Колпаковское» берет на себя МУП "Алейскводоканал". Капиталовложения на использование органических отходов в качестве удобрений сельхозтоваропроизводителей совхоза "Прутской", СПО "АлтайХимПром" и АКГУП "Антипинское" составят 55000 тыс. руб (таблица 8).

Таблица 8 Планирование использования органических отходов

На основании решения задачи оптимальным распределением органических отходов будет использование сточных вод МУП "Рубцовский водоканал" для орошения на землях совхоза "Никольский", животноводческих стоков совхоза "Прутской" на собственных землях, сточных вод ОАО "Алейский маслосыркомбинат" на землях СПК "Колхоз им. Димитрова", сточных вод МУП "Алейскводоканал" на землях ТОО «Колпаковское», сточных вод СПО "АлтайХимПром" на землях ПХ "Алтайхимпрома" и свиноводческих стоков АКГУП " Антипинское " на землях хозяйства. Ежегодная прибыль хозяйств составит 10982 тыс. руб.

Сценарий 2. В связи с возможностью загрязнения грунтовых вод на некоторых участках совхоз «Никольский» отказался использовать для орошения сточные воды МУП "Рубцовский водоканал". Тогда оптимальное распределение сточных вод МУП "Рубцовский водоканал" будет на землях совхоза «Лучистый». Ежегодная прибыль хозяйств при этом сценарии составит 10302 тыс. руб.

Сценарий 3. Для повышения плодородия почвы совхоз «Никольский» согласился использовать осадок сточных вод МУП "Рубцовский водоканал". При этом сценарии ежегодная прибыль хозяйств составит 11700 тыс. руб.

Сценарий 4. МУП "Алейскводоканал" отказался взять на себя часть ежегодных расходов в сумме 500 тыс. руб. Колпаковского сельскохозяйственного товарищества на использование сточных вод на орошение. Ежегодная прибыль хозяйств составит 11200 тыс. руб.

Сценарные исследования показали, что наибольшая ежегодная прибыль будет получена при третьем сценарии, когда совхоз «Никольский» станет использовать для удобрения осадок сточных вод МУП "Рубцовский водоканал".

Таким образом, разработанная система поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве позволяет выбрать наилучшее решение с учетом сложившейся в регионе ситуации. Система внедрена в управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды Алтайского края (г. Барнаул). Экономическая эффективность достигается за счёт повышения производительности труда и качества принимаемых решений по сравнению с традиционной технологией. Срок окупаемости компьютерной технологии составил 3 года. Прирост чистого дисконтированного дохода 371526,02 руб.

Выполненная оценка эффективности использования информационной технологии с учётом повышения качества принимаемых решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве показала, что система поддержки принятия решений окупится в первый год эксплуатации. Прирост чистого дисконтированного дохода составит более 5 млн. руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выполненный в работе обзор и анализ формирования и использования отходов показал, что на территории Алтайского края, как и в других промышленных регионах, в настоящее время накоплены миллионы кубометров отходов более 27,6 млн. т на полигонах и картах полей фильтрации, в сельских районах практически отсутствует система канализации сточных вод, на животноводческих комплексах и птицефабриках утилизация стоков не осуществляется, а проблему решают локально, путем накопления стоков в естественных отстойниках, что негативно влияет на экологические и социальные условия.

2. Одним из направлений в решении экологических проблем может стать утилизация органических отходов в качестве удобрения для восполнения питательных веществ почвы и повышения её плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур. Накопленного количества осадка сточных вод достаточно для повышения плодородия почвы на площади более чем 25 тыс. га., что позволит дополнительно получить 2,3 т. к.е./га для развития животноводства.

3. Разработана геоинформационная технология системного мониторинга обращения отходов в регионе с учетом их размещения и агро- и эколого-мелиоративных характеристик почвенного покрова. В состав ГИС включены слои: источники органических отходов, объемы и места их захоронения, границы административных, природных и природно-хозяйственных единиц, почвы и их характеристики, реки, озера, подземные воды, периоды наблюдений и оценки качества органических отходов для использования их в сельском хозяйстве. Мониторинг позволяет проводить систематический сбор данных об органических отходах, их воздействиях на окружающую среду и изменениях её компонентов для улучшения процесса принятия решений по их использованию в сельском хозяйстве и выработки стратегии.

4. Усовершенствована математическая модель прогноза динамики запаса гумуса в почве. Отличительной особенностью модели является то, что наряду с процессами гумификации органических отходов и растительных остатков учитывается их накопление в почве. С помощью данной модели обосновывается норма и периодичность внесения отходов для недопущения ухудшения свойств почв и загрязнения подземных вод. Адекватность модели проверена на результатах многолетних исследований по использованию осадка сточных вод в Рубцовском районе, отклонение фактических данных от расчетных не более 5%. Результаты расчета показали, что внесение осадка сточных вод один раз в четыре года не приведет к накоплению не разложенного осадка сточных вод в лугово-черноземной почве Рубцовского района. Содержание не разложенного осадка сточных вод в почве будет изменяться с 18 т/га в первый год внесения до 3,4 т/га на четвертый год.

5. Разработана математическая модель миграции тяжелых металлов в почве, в которой наряду с конвективно-диффузионным переносом тяжелого металла в почвенном растворе, его сорбцией твердой фазой и выносом растительностью, учитывается поступление тяжелого металла в подвижной и фиксированной формах с органическими отходами, а также переход из одной формы в другую. Выполненные прогнозы по использованию осадка сточных вод в Рубцовском районе, показали, что внесение осадка сточных вод в течение 20 лет не приведет к накоплению цинка, больше чем ПДК, что согласуется с исследованиями, проведенными АФ НИИССВ «Прогресс».

6. Разработано программное обеспечение по обоснованию оптимального распределения органических отходов на сельскохозяйственных землях, ядром которого является математическая модель оптимизации, позволяющая учитывать интересы предприятий, производящих отходы и сельхозпроизводителей, использующих органические отходы в качестве удобрений.

7. Предложена региональная система поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве, включающая информационно-справочную систему, геоинформационную систему мониторинга обращения отходов, программное обеспечение эффективного распределения органических отходов на сельскохозяйственных землях, математические модели водно-солевого режима при использовании в сельском хозяйстве жидких отходов, динамики запаса гумуса, миграции тяжелых металлов, содержания азота. СППР позволяет проводить сценарные исследования для принятия научно-обоснованных решений по эффективному использованию органических отходов, обеспечивающему существенное улучшение экологической ситуации в регионе. Экономическая эффективность от внедрения СППР составит более 5 млн. руб. в первый год.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Воробьева Р.П., Тиньгаев А.В. Влияние орошения сточными водами на солевой режим почв //Вестник Алтайского государственного аграрного университета.- 2003.-№2. -С.52-55.

2. Макарычев С.В., Алешина Н.И., Тиньгаев А.В. Трансформация агрохимических свойств черноземов, орошаемых сточными водами (на примере г. Алейска) //Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -2007.-№ 9. -С.15 -19.

3. Давыдов А.С., Тиньгаев А.В., Шепталов В.Б. Опыт применения сточных вод для орошения //Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -2008. -№12. -С.43-45.

4. Кирейчева Л.В., Тиньгаев А.В. Использование биологических отходов для повышения плодородия сельскохозяйственных угодий на базе ГИС - технологий. //Вестник РАСХН.- 2008.-№6.- С.22-24.

5. Тиньгаев А.В. Системный подход к использованию органических отходов для повышения плодородия почв //Мелиорация и водное хозяйство.-2008. -№5.-С.26 -28.

6. Тиньгаев А.В. Утилизация биологических отходов, образующихся при водоотведении в городах и на предприятиях Алтайского края //Экология и промышленность России.-2009.-№2.-С. 52-55.

7. Кирейчева Л.В., Тиньгаев А.В. Прогнозирование запаса гумуса в почве при использовании биологических отходов в качестве удобрений //Вестник РАСХН.-2009.-№1-С.33-34.

8. Тиньгаев А.В Влияние органических отходов на содержание тяжелых металлов в почве //Агро XXI.-2009.-№10-12.

9. Кирейчева Л.В.; Тиньгаев А.В. Управление органическими отходами в сельскохозяйственном производстве //Аграрная наука.-2009.-№12.- С.7-9.

10. Кирейчева Л.В.; Тиньгаев А.В. Моделирование миграции тяжелых металлов в почве при использовании органических отходов. //Природообустройство.- 2009.-№3.-С.29-37.

11. Тиньгаев А.В. Региональная система организации использования органических отходов в сельском хозяйстве //Мелиорация и водное хозяйство.-2010.-№1-С.51 -53.

12. Тиньгаев А.В. Перспективы использования органических отходов в качестве удобрений для повышения плодородия почв в Алтайском крае //Агрохимический вестник. 2010-№2.-С.34-36.

Методические рекомендации:

13. Овцов Л.П., Воробьёва Р.П., Давыдов А.С., Тиньгаев А.В. и др. Технологический регламент использования осадков сточных вод в качестве удобрения в Алтайском крае. -Барнаул: Алтайский филиал ФГУП НИИССВ «Прогресс», 2002.-32с.

Статьи в научных журналах и трудах международных конференций:

14. Тиньгаев А.В. Оптимизация состава загрязняющих веществ городских сточных вод г.Рубцовска при их использовании на орошение // Экологические проблемы мелиорации (Костяковские чтения): Материалы международной конференции. - М.: Изд-во «Федоровец», 2002.-С. 217 -219.

15. Тиньгаев А.В. Уменьшение сброса загрязняющих веществ с городскими сточными водами // IV научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Материалы конференции. - Рубцовск: РИО, 2002. -С.18 -21.

16. Тиньгаев А.В. Минимизация концентрации вредных веществ в городских стоках //Вопросы мелиорации.- 2002.-№ 3-4.-С.178 - 189.

17. Воробьёва Р.П., Тиньгаев А.В. Проблемы создания прочной кормовой базы при использовании на орошение сточных вод //Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве и растениеводстве (Юбилейная международная научно-практическая конференция): Сборник статей. Часть IV. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2003.-С.22 -28.

18. Воробьёва Р.П., Тиньгаев А.В., Шуравилин А.В. Формирование городских сточных вод и технологическое решение охраны окружающей среды г. Рубцовска Алтайского края //3-й международный конгресс по управлению отходами (Вэйстэк): материалы конгресса. -М., 2003.-С.568-569.

19. Тиньгаев А.В. Система поддержки принятия решения по уменьшению сброса загрязняющих веществ с городскими сточными водами // Проекты развития инфраструктуры города. Вып. 3. Водные системы и благоустройство городской среды / Сб. научных трудов. - М.: Издательство Прима-Пресс-М, 2003.-С. 110-114.

20. Тиньгаев А.В. Удобрительная ценность городских сточных вод, используемых для орошения в Алтайском крае //Применение средств химизации - основа повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения плодородия почв: Материалы 38 международной научной конференции (ВНИИА). -М., ВНИИИА, 2004.-С. 247 -249.

21. Воробьёва Р.П., Кирейчева Л.В., Тиньгаев А.В. Влияние орошения сточными водами на содержание тяжёлых металлов в почве // Алтай: экология и природопользование: Материалы III российско-монгольской научной конференции.-Бийск:НИЦ БПГУ им. В.М. Шукшина, 2004.- С.5 -10.

22. Кирейчева Л.В., Тиньгаев А.В., Воробьёва Р.П. Формирование качества городских стоков для использования на орошение //Шестой международный конгресс. Вода: экология и технология (Экватэк -2004): Материалы конгресса. Часть II. -М., 2004.-С. 758.

23. Тиньгаев А.В. Информационная технология по улучшению качества городских сточных вод для использования их на орошение //Почвы - национальное достояние России: Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов: В 2-х кн. - Новосибирск: Наука-Центр, 2004.-С.579.

24. Кирейчева Л.В., Тиньгаев А.В. Технология для улучшения качества городских сточных вод при их использовании на орошение//Мелиорация и окружающая среда: Труды ВНИИГиМ-М., 2004.

25. Тиньгаев А.В. Прогнозирование возможности использования городских сточных вод на орошение сельскохозяйственных культур// Сборник научных докладов Всероссийской конференции молодых ученых// Ассоциация организаций водохозяйственного комплекса; ФГНУ ВНИИ «Радуга». - Коломна, 2004.-С. 85-91.

26. Воробьёва Р.П., Давыдов А.С., Тиньгаев А.В. Экологически-безопасные технологии утилизации отходов //Сибирь XXI век. Материалы регионального совещания по созданию РВПЗ: Сборник трудов (наука, практика). - Барнаул, 2004.-С.178 -187.

27. Тиньгаев А.В. Подготовка городских сточных вод для орошения // Сборник научных докладов Всероссийской конференции молодых ученых; Ассоциация организаций водохозяйственного комплекса; ФГНУ ВНИИ «Радуга». - Коломна, 2005.

28. Тиньгаев А.В. Подготовка и использование сточных вод г. Рубцовска для орошения. // Проблемы рационального природопользования в Алтайском крае. Сборник научных трудов. Барнаул : изд-во АГАУ, 2005.

29. Тиньгаев А.В. Геоинформационная система техногенного загрязнения речных экосистем Алтайского края //Сборник научных трудов ВНИИГиМ - М., 2006.

30. Воробьёва Р.П., Тиньгаев А.В. Нетрадиционные удобрения для повышения плодородия почв Сибири // Деятельность академика И.И. Синягина в становлении и развитии Сибирской аграрной науки: Материалы международной научной конференции, посвященной 95 - летию со дня рождения академика И.И. Синягина - Новосибирск; РАСХН, Сибирское отделение, 2007.- С.122- 136.

31. Тиньгаев А.В. Информационная технология управления качеством сточных вод на уровне муниципалитета // 5-й международный конгресс по управлению отходами и природоохранным технологиям (Вэйстэк): Материалы конгресса. - М., 2007.-С. 361.

32. Воробьёва Р.П., Тиньгаев А.В. Использование биологических отходов в сельскохозяйственном производстве //5-й международный конгресс по управлению отходами и природоохранным технологиям (Вэйстэк): Материалы конгресса. -М., 2007.-С.195 -197.

33. Мерзлая Г.Е., Прянишникова Д.Н., Воробьева Р.П., Тиньгаев А.В. Действие осадков сточных вод на агроценозы однолетних и многолетних трав //5-й международный конгресс по управлению отходами и природоохранным технологиям (Вэйстэк): Материалы конгресса. -М., 2007. -С. 353-354.

34. Воробьева Р.П., Тиньгаев А.В. Изменение сибирских черноземов под воздействием сточных вод // Пространственно-временная организация почвенного покрова: Теоретические и прикладные аспекты. Под ред. Б.Ф. Апарина. - Санкт-Петербург, 2007 - С. 417-419.

35. Давыдов А.С., Воробьева Р.П., Тиньгаев А.В. Экологическое обоснование использования городских сточных вод в орошаемом земледелии Алтайского края //Роль мелиорации и водного хозяйства в реализации национальных проектов: Материалы международной научно-практической конференции. Часть Й. М.: МГУП, 2008.-С. 297-299.

36. Тиньгаев А.В. Информационная система планирования, утилизации и контроля качества биологических отходов для повышения продуктивности агроландшафтов региона//4-я Международная научно-практическая конференция «Геопространственные технологии и сферы их применения». Материалы конференции. -М.: Информационное агентство «ГРОМ», 2008.-С.43-45.

37. Тиньгаев А.В. Управление качеством биологических отходов на уровне муниципалитета//4-я Международная научно-практическая конференция «Геопространственные технологии и сферы их применения». Материалы конференции. -М.: Информационное агентство «ГРОМ», 2008.-С. 45-46.

38. Воробьева Р.П., Тиньгаев А.В., Шепталов В.Б., Никулина О.Н., Алешина Н.И. Технология очистки сточных вод уральской птицефабрики и жилого поселка //Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение-2008.-№12.

39. Тиньгаев А.В. Утилизация органических отходов, образующихся при водоотведении в городах и на предприятиях Алтайского края //Проекты развития инфраструктуры города. Вып. 8 Перспективные направления развития технологии и проектирования в водохозяйственном комплексе города // Сб. научных трудов.- М.: Прима-пресс Экспо, 2008-С. 146 -153.

40. Тиньгаев А.В.; Алешина Н.И. Повышение урожайности костреца безостого при орошении городскими сточными водами //Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. -2009.-№ 3.-С. 40-44.

41. Тиньгаев А.В. Утилизация органических отходов, образующихся при водоотведении в городах и на предприятиях Алтайского края. //Водоснабжение и канализация, -2009. -№ 5.

42. Тиньгаев А.В. Мониторинг обращения органических отходов в регионе. //Современные проблемы мелиорации и водного хозяйства. Материалы юбилейной международной научно-практической конференции. Том I. -М., 2009. -С. 189-193.

43. Воробьева Р.П., Тиньгаев А.В, Шепталов В.Б. Естественные методы очистки сточных вод. // Сборник статей «Отходы: экология, технология, ресурсосбережение» VI Международного форума по управлению отходами и природоохранным технологиям «ВэйсТЭК-2009». - Москва, 2009. - С. 68.

44. Мерзлая Г.Е., Афанасьев Р.А., Воробьева Р.П., Тиньгаев А.В. Применение компостов из осадков сточных вод для удобрений// Сборник статей «Отходы: экология, технология, ресурсосбережение» VI Международного форума по управлению отходами и природоохранным технологиям «ВэйсТЭК-2009». - Москва, 2009. - С. 147-149.

45. Тиньгаев А.В. Система поддержки принятия управленческих решений при использовании органических отходов в сельском хозяйстве на региональном уровне / Современные тенденции в экономике и управлении: новый взгляд: сборник материалов II Международной научно-практической конференции / Под общ. ред. С.С. Чернова. - Новосибирск: Издательство "СИБПРИНТ", 2010. - 333 с. - С. 317-322.

Размещено на Allbest.ru