Экологическая оценка сточных вод г. Димитровграда и эффективность почвенного размещения их осадков в качестве удобрения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат диссертации

на соискание учёной степени

кандидата биологических наук

Экологическая оценка сточных вод г. Димитровграда и эффективность почвенного размещения их осадков в качестве удобрения

Специальность 03.00.16 - Экология

Починова Татьяна Владимировна

Ульяновск - 2009



Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения, агрохимии и агроэкологии в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Куликова Алевтина Христофоровна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Горбачев Владимир Николаевич

доктор технических наук, профессор Кобзарь Иван Григорьевич

Ведущая организация: Государственное научное учреждение "Ульяновский НИИ сельского хозяйства"

Защита состоится « 25 » декабря 2009 г. в « 14.00 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет по адресу: Набережная реки Свияги, 106, корп.1, ауд.703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, с авторефератом на сайте ВУЗа http://www.uni.ulsu.ru.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432000, г. Ульяновск, ул. Л.Толстого, 42, Ульяновский государственный университет, Управление научных исследований.

Автореферат разослан « » ______________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент С.В. Пантелеев



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Научнотехнический прогресс, улучшая качество жизни человека, одновременно порождает экологические проблемы. Одной из главных экологических проблем существования и развития современных городов является утилизация хозяйственнобытовых и промышленных сточных вод. С каждым годом количество сточных вод, поступающих на очистные сооружения канализации городов, неуклонно растет нарастающими темпами. На территории очистных сооружений накапливается продукт очистки сточных вод - осадок сточных вод - многокомпонентная смесь веществ в основном органоминерального происхождения. Сброс в водоемы сточных вод без предварительной очистки от взвешенных иловых частиц, избытка содержания химических ингредиентов без обеззараживания от патогенной микрофлоры в России запрещен законодательством. Решая технологические вопросы, связанные с очисткой сточных вод, муниципальные предприятия водопроводноканализационного хозяйства сталкиваются с проблемой утилизации их осадков. В Российской Федерации накоплено около 80 млрд. тонн отходов (А.М. Никаноров, Т.А. Хоружая, 1999) различного типа; функционируют тысячи полигонов захоронения, под которыми занято до 250 тыс. га земель, подавляющая часть которых находится в неудовлетворительном техническом состоянии, опасном для окружающей природной среды. Более 90 % потребляемых человеком ресурсов поступает в отходы, что приводит к размыканию биогеохимических циклов и уменьшению устойчивости экосистем, причем наиболее остро эта проблема стоит в городах. В то же время количество невозобновляемых природных ресурсов исчезает столь же быстрыми темпами. Между тем, значительная часть отходов может быть превращена во вторичное сырье и материалы. Поэтому проблема использования сточных вод и их отходов решает не только экологические, но и ресурсные задачи.

Из литературных источников следует, что в большинстве случаев по удобрительной ценности осадки сточных вод (ОСВ) не уступают подстилочному навозу и правильное применение их в сельском хозяйстве позволяет повысить плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур. сточный вода экология удобрение

Однако, существует ряд ограничений, сдерживающих применение ОСВ в сельском хозяйстве: наличие тяжелых металлов (ТМ), болезнетворных микроорганизмов и других токсикантов. В связи с этим возникает необходимость изучения на региональном уровне возможности использования ОСВ с учетом их химического состава в качестве удобрения. В каждом конкретном случае требуется научнообоснованный подход к применению ОСВ, так как состав их отличается качественным и количественным разнообразием химических соединений и присутствующих элементов.

В связи с достаточно большим объемом накопления ОСВ на городских иловых площадках и отсутствием линии их утилизации в настоящие время перед г. Димитровградом возникла острая проблема поиска путей экологически безопасного их размещения. Исследования проводились в соответствии с тематическим планом научноисследовательской работы ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» (регистрационный номер № 01.200.203529).

Цель исследования. Целью настоящего исследования являлась экологическая оценка сточных вод г. Димитровграда и изучение возможности почвенного размещения их осадков в качестве удобрения сельскохозяйственных культур.

Основные задачи исследования:

* определить физикохимический состав сточных вод (СВ) и ОСВ г. Димитровграда;

* изучить эффективность очистки СВ на очистных сооружениях г. Димитровграда и влияние их на гидрохимический состав реки Б. Черемшан;

* дать экологоагрохимическую, санитарногигиеническую и эпидемиологическую характеристику ОСВ г. Димитровграда;

* провести экологическую оценку состояния почвы при внесении ОСВ.

* изучить возможность использования осадков сточных вод в качестве органоминерального удобрения и установить влияние их на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур;

* дать экологоэкономическую оценку эффективности применения ОСВ в качестве удобрения.

Научная новизна состоит в том, что впервые дана комплексная эколого-агрохимическая, санитарно-гигиеническая и эпидемиологическая характеристика СВ и ОСВ очистных сооружений г. Димитровграда; исследована эколого-продукционная эффективность почвенного размещения ОСВ при возделывании сельскохозяйственных культур; определены безопасные их дозы; проведено технологическое, экологическое и экономическое обоснование почвенного пути утилизации ОСВ г. Димитровграда; установлено, что внесение ОСВ в качестве удобрения из расчета 20 - 40 т/га под сельскохозяйственные культуры как в прямом действии, так и последействии экологически безопасно и не приводит к накоплению в почве и растительной продукции тяжелых металлов выше допустимых уровней.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований позволяют экологически безопасно утилизировать осадки сточных вод г. Димитровграда в качестве удобрения при возделывании сельскохозяйственных культур. Урожайность в зависимости от дозы внесения повышалась: зеленой массы кукурузы на 20-30, гречихи 24-33 (последействие) и томатов - 71 % при прямом действии и на 38 % - в последействии.

Использование ОСВ на удобрение по сравнению с другими методами утилизации является экологически безопасным, не требует больших затрат, низкий по энергоемкости, легко вписывается в технологии возделывания и обеспечивает повышение урожайности сельскохозяйственных культур, что в целом может решить проблему дефицита дорогостоящих минеральных и острой нехватки органических удобрений в пригородной зоне г. Димитровграда.

Положения, выносимые на защиту:

-комплексная характеристика сточных вод очистных сооружений «Димитровградводоканала»;

-экологоагрохимические, санитарногигиенические и эпидемиологические показатели осадков сточных вод с иловых площадок ОСК г. Димитровграда;

-положительное влияние осадков сточных вод на состояние микрофлоры, осуществляющей в почве трансформацию азота;

-повышение урожайности зеленой массы кукурузы на 20-30, гречихи на 24-33, томатов на 71 % при использовании ОСВ в качестве удобрения;

-экологоэкономическое обоснование почвенного пути утилизации осадков сточных вод г. Димитровграда;

-методология лимитирования применения органических отходов.

Апробация работы. Результаты исследования и положения диссертации поэтапно докладывались и обсуждались на ежегодных внутривузовских научных конференциях Ульяновской ГСХА (2005 - 2009); на пятой Международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2005), Международной научнопрактической конференции «Актуальные вопросы применения удобрения в сельском хозяйстве» (Владикавказ, 2005); Международной научнопрактической конференции (Димитровград, 2009), Международной научно-практической конференции «Аграрная наука на современном этапе: опыт, проблемы и пути их решения» (Ульяновск, 2009).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов и предложения производству, включает 33 таблицы, 4 рисунка и 12 приложений. Список литературы включает 202 источника отечественных и зарубежных авторов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Изучение возможности использования ОСВ г. Димитровграда в качестве удобрения сельскохозяйственных культур проводилось на опытном участке Технологического института - филиала Ульяновской ГСХА с 2004 по 2007 годы.

Основными объектами исследования являлись:1) сточные воды, поступающие на очистные сооружения г. Димитровграда; 2) осадки сточных вод с иловых площадок; 3) сельскохозяйственные растения: кукуруза сорта Росс-26, гречиха сорта Богатырь и томаты сорта Челнок.

Изучение влияния ОСВ на формирование урожайности зеленой массы кукурузы и гречихи проводилось по следующей схеме: 1) контроль (без ОСВ); 2) ОСВ в дозе 20 т/га по сухому веществу; 3) ОСВ в дозе 40 т/га; томатов: 1) контроль; 2) ОСВ в дозе 30 т/га.

Полевые опыты были заложены в четырехкратной повторности с размером учетных делянок 6 м2. Учетная площадь под томаты составляла 5 м2, размещение делянок рендомизированное. Внесение осадка осуществлялось вручную перед посевом и непосредственно перед высадкой рассады на глубину 20-25 см, агротехника возделывания культур - общепринятая для данной зоны.

Характеристика методов исследования. Все анализы сточных вод, осадков сточных вод, почвенных и растительных образцов проведены в аккредитованных лабораториях: УЦГМС, ФГУ САС «Ульяновская» (№ РОСС.RU.0001.510.251) и Ульяновской ГСХА (№ РОСС.RU 0001.513.748), «Государственный научный центр РФ НИИАР» по соответствующим ГОСТам.

Комплексная экологоагрохимическая, санитарногигиеническая и эпидемиологическая характеристика образцов ОСВ проводилась в ЗАО Научнопроизводственной фирмы «БИФАР» при министерстве природных ресурсов Российской Федерации.

Учет урожая проводился с площади всей делянки. Экономические показатели были рассчитаны по общеизвестным формулам с установлением производственных затрат на основе технологических карт, расценок, тарифов, норм выработок, нормативов и соответствующих коэффициентов. Методики отдельных исследований и расчетные формулы представлены в разделах диссертации.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Проблема экологически безопасной утилизации сточных вод, их осадков и пути ее решения на современном этапе

Проанализированы обширные литературные сведения по проблеме утилизации сточных вод и возможности использования их отходов - осадков сточных вод - в качестве органоминерального удобрения в сельском хозяйстве; удобрительной их ценности. Экологические и санитарногигиенические аспекты их применения в Российской Федерации и зарубежных странах показали относительно слабую изученность вопроса, связанную с использованием ОСВ в качестве удобрения на региональном уровне.

Технология переработки промышленных и коммунальных стоков на очистных сооружениях г. Димитровграда, экологическая характеристика сточных вод и ОСВ

Для оценки эффективности технологии переработки сточных вод на очистных сооружениях г. Димитровграда был изучен физикохимический состава поступающих стоков, проведена их экологическая оценка, рассмотрена динамика поступающих СВ (до и после очистки), выявлена эффективность их очистки и графически отражена динамика загрязняющих веществ по годам, поступающих на очистные сооружения и в водоем.

Анализ сточных вод, поступающих на очистные сооружения «Димитровградводоканал», показал, что они загрязнены различными химическими веществами, состав их достаточно стабилен, но варьирует по годам. Эффективность степени их очистки в среднем представлена на рисунке 1. По основным параметрам степень очистки СВ достаточна высока. Так, коэффициент эффективности очистки по БПК и нефтепродуктов приближается к 100 %. Кроме того, высокая степень очистки достигается по СПАВ (85,8 %), азоту аммонийному - 69,2 %.

Для объективной оценки влияния сбрасываемых сточных вод на гидрохимический состав природного водоема, кроме сравнения загрязняющих веществ в стоках с предельно допустимыми значениями, изучен состав реки Большой Черемшан до места сброса и после него. Отмечено стабильное снижение фосфатов: в 2007 году их поступило в реку в 2,5 раз меньше, чем в 2003 году и 1,3 раза меньше, чем в 2004-2005 гг. Результаты химических анализов воды реки Большой Черемшан, отобранной за 100 м до сброса сточных вод и через 500 м после него, свидетельствуют, что ряд показателей, в частности, кислотность, содержание нитритных и нитратных соединений азота практически не изменяется вследствие сброса стоков и значения их находятся в пределах нормы.

1 - нефтепродукты; 2 - медь; 3 - цинк; 4 - железо; 5 - азот аммонийный; 6 - никель;7 - хром; 8 - кадмий; 9 - фосфаты.

Рис.1. Динамика эффективности очистки сточных вод по отдельным показателям, % (2003-2007 гг.).



Вода достаточно насыщена кислородом и содержание их стабильно.

Изучение состава сточных вод очистных сооружений г. Димитровграда, анализ его динамики за 2003 - 2007 гг. и эффективности очистки показало:

- состав СВ представлен (средние значения, мг/л): взвешенные вещества -27,41; БПК - 11,14; азот аммонийный - 4,21; азот нитритный - 0,46; азот нитратный - 13,84; фосфаты - 2,86; нефтепродукты - 0,18; СПАВ, железо - 0,26; медь - 0,013; цинк - 0,064; никель - 0,008.

- эффективность очистки в среднем по всем показателям составляет - 73,8 %. При этом ни по одному показателю она не достигает 100 %. Наибольшая степень очистки наблюдается по БПК 91,2-96 %, взвешенным веществам 80,8-91 %, нефтепродуктам 88-94,8 %, железу 70,8-91,1 %, цинку 88,5 %, меди 88,3 %, СПАВ 81,6-91 %; азоту аммонийному 62-77 %, никелю 36,7-88 %, наименьшая по фосфатам - от 3,2 до 8%.

- в результате сброса СВ в реку Б. Черемшан не происходит значительного изменения состава природных вод. Значения таких показателей, как БПК, фенольный индекс и содержание нефтепродуктов в воде, значительно превышают ПДК и практически не зависят от сбросов загрязняющих веществ предприятий. Содержание аммиачного азота в водах реки до сброса более, чем на порядок, превышает значение предельно допустимой концентрации.

Комплексная эколого-агрохимическая, санитарно- гигиеническая и эпидемиологическая оценка показала, что ОСВ с иловых карт г. Димитровграда соответствуют требованиям следующих нормативных документов: 1) Критерии отнесения опасных отходов к классам опасности для окружающей природной среды, - утвержден приказом МПР России от 15.06.01 г. № 511; 2) ГОСТ Р 17.4.07.-2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений» 3) СанПиН 2.1.7.473-96 «Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения»; 4) СП 2.1.7.1038-01 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых отходов». Получен сертификат (№ 00000272, № 00000858), который рекомендует использование осадков непосредственно или в виде компостов в качестве органических удобрений в сельском хозяйстве; в промышленном цветоводстве; зеленом строительстве; лесных и декоративных питомниках; для создания плодородного слоя земли при биологической рекультивации нарушенных земель, полигонов ТБО или специально обустроенных полигонов для отходов 3 - 4 класса опасности.

Экологическая оценка состояния почвы при внесении ОСВ

Для выявления влияния осадков сточных вод на экологическое состояние почвы были проведены исследования, которые показали, что при внесении в почву ОСВ в указанных дозах не происходит загрязнение ее тяжелыми металлами. Интервал колебаний ТМ в осадках составляет 10-35 %. Такое колебание связано с непостоянством физико-химического состава сточных вод. Содержание ТМ ни по одному из показателей не превышает нормативные требования содержания их в осадках.

Для изучения влияния ОСВ на биологическую активность почвы в течение периода вегетации дважды отбирались почвенные образцы, в которых проводили учет количественного состава микрофлоры, осуществляющей трансформацию азота в почве, а также исследовался численный и количественный состав аммонифицирующей микрофлоры. Учет микрофлоры проводили на мясо - пептонном агаре (МПА) и крахмал - аммиачном агаре (КАА). Полученные результаты представлены в таблицах 1, 2.

Численность микроорганизмов, растущих на крахмал - аммиачном агаре (таблица 1) отражает интенсивность и направленность процессов превращения азота в почве. В связи с этим учет данных микроорганизмов в почве, удобренной осадками сточных вод, более полно отражает характеристику ОСВ как удобрения.



Таблица 1. Влияние различных доз ОСВ на численность в почве микрофлоры, использующей минеральные формы азота (на КАА) (млн. на 1 г. почвы)

Схема опыта	Май	Июль
	млн.	%	млн.	%
Контроль	6,8	100	8,8	100
ОСВ 20 т/га	12,6 16,2	185,2 238,2	10,8 14,4	122,7 162,6
ОСВ 40 т/га

Из таблицы 1 видно, что ОСВ стимулируют активность микрофлоры, растущей на КАА. Нарастание активизации количества микрофлоры, использующей минеральные формы азота, в наибольшей степени наблюдалось непосредственно после внесения в почву ОСВ. Так, количество микроорганизмов на варианте ОСВ 20 т/га составило 85,2 % к численности их на контроле, а к периоду завершения активного потребления азота растениями - 22,7 %. Аналогичная закономерность наблюдалась и по другому варианту.

Изучение динамики сапрофитной микрофлоры показало, что сразу после внесения в почву ОСВ увеличивается количество микроорганизмов данной физиологической группы (таблица 2).

Таблица 2. Влияние ОСВ на микрофлору, растущую на МПА (млн.на 1 г почвы)

Схема опыта	Май	Июль
	всего	%	в т. ч. % споровых	% споровых	всего	%	в т. ч. % споровых	% споровых
Контроль	7,2	100	1,6	22,2	6,1	100	1,9	31,1
ОСВ 20 т/га	12,1	152,2	1,7	16,8	8,8	144,2	2,8	31,8
ОСВ 40 т/га	18,7	241,2	1,9	10,1	12,2	200,0	3,1	25,4

Увеличение численности аммонифицирующей микрофлоры зависело от дозы осадков: чем она больше, тем больше содержалось в почве бактерий данной группы. Так, через 20 дней после внесения в почву на вариантах 20 и 40 т/га ОСВ аммонификаторов содержалось на 52,2 и на 141,2 % больше, чем на контроле. Во второй половине лета стимулирующие действие ОСВ на аммонифицирующую микрофлору снизилось и составило 8,8 и 12,2 млн./г почвы. Тем неменее, она на 44,2 и 100 % была выше, чем на контроле.

Наибольшее относительное уменьшение количества споровых на вариантах с ОСВ не превысило 1/3. При этом наблюдалось повышение количества споровых и, особенно, к общей численности аммонифицирующией микрофлоры и составило 31,8 и 25,4 % соответственно. Однако, по мере увеличения дозы ОСВ доля споровых в общей численности бактерий, растущих на МПА, уменьшалась, что связано с незавершенностью процессов освоения свежих органических веществ, содержащихся в осадках.

Оценка влияния ОСВ на экологическое состояние почвы показала:

- по гельминтологическому контролю ОСВ соответствуют требованиям СП 1.2.1170-02 «Гигиенические требования к безопасности агрохимикатов»;

- ОСВ обладают стимулирующим действием на микрофлору, участвующей в трансформации азота в почве;

- содержание ТМ в почве после внесения ОСВ в дозе 20 и 40 т/ га не превышает МДУ ни по одному элементу. ОСВ отвечают требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 и СанПиН 2.1.7.573-96.

Следовательно, при использовании в дозах до 40 т/га ОСВ г. Димитровграда не оказывают негативное влияние на состояние почвы, в том числе и биоты.

Влияние ОСВ на формирование урожайности и качество растениеводческой продукции

Урожайность растений определяется, прежде всего, размерами ассимиляционной поверхности и продолжительностью ее работы. ОСВ положительно влияли на формирование ассимиляционного аппарата. Внесение ОСВ в почву способствовало увеличению площади листовой поверхности кукурузы в среднем за вегетацию (2005-2006гг.) в 1,1-1,3 раза относительно контроля. Однако, наибольший эффект достигался на фоне внесения ОСВ в почву в дозе 40 т/га: по данному варианту площадь листовой поверхности в 1,5 раза превышала контроль.

Наибольшей площади листовой поверхности кукуруза достигала в 2006 году во второй декаде августа (рисунок 2).

В этот период ассимиляционная поверхность листьев составила 17,94-25,61 тыс. м2/га. К моменту уборки кукурузы из - за подсыхания и опадания нижних листьев растений площадь листовой поверхности

Рисунок 2 - Влияние ОСВ на площадь листовой поверхности кукурузы, 2006 г.

снижалась и не превышала 21,89 до 27,27 тыс.м2/га. Однако, на вариантах с ОСВ большое количество листьев оставались жизнеспособными, что в дальнейшем оказало положительное влияние на накопление продуктов фотосинтеза.

В 2006 году площадь листьев в этот же наблюдаемый период была выше, чем в 2005 году, в среднем в 1,0-1,6 раз, что обусловлено более высокими температурами в период интенсивного роста (в июне 2005 года температура воздуха в среднем составила 18,0 оС, в 2006 - 21,2 оС) и большим количеством осадков, выпавших за этот период.

Исследования показали, что ОСВ г. Димитровграда заметно повлияли на урожайность кукурузы и прибавка ее (зеленая масса) по всем опытным вариантам выглядит весьма значительно: в среднем за 2 года она составила 5,7 (20 т/га ОСВ) и 8,8 (40 т/га ОСВ) т/га (таблица 3).

Таблица 3. Влияние ОСВ г. Димитровграда на урожайность зеленой массы кукурузы, 2005- 2006 гг.

Вариант	Урожайность, т/га	Средняя по годам, т/га	Прибавка, т/га	Отклонение от контроля
	2005 г	2006 г		2005 г	2006 г	т/га	%
Контроль	29,7	22,8	26,2	-	-	-	-
ОСВ 20 т/га	35,7	27,3	31,5	6,0	5,5	5,7	20
ОСВ 40 т/га	40,6	29,5	35,0	10,9	6,7	8,8	33
НСР05	8,45	3,46

На второй год оценивалось влияние ОСВ, внесенных в 2005 году, на урожайность гречихи. Последействие осадков сточных вод на второй год после его внесения в почву оказалось также высоким (рисунок 3). Прибавка урожайности колебалась в зависимости от дозы осадка от 0,18 до 0,25 т/га и свидетельствует о значительном положительном эффекте последействия ОСВ.

Рисунок 3 - Последействие осадков сточных вод на урожайность гречихи, 2006 г.



Из овощных культур влияние ОСВ на урожайность изучалось на томатах. Исследования показали, что уже на стадии всходов ОСВ оказывают сильное влияние на развитие культуры. Количество всходов через пять дней после посева семян отличалось на 11 штук по сравнению с контролем, а к моменту высадки - на 18 штук.

Отклонение наблюдалось по количеству цветков по вариантам и в среднем составило - 2 цветка. Цветение у томатов на контроле составило 60 %, с ОСВ - 80 %. Соответственно, урожайность томатов повышалась с 1,08 т/га на контроле до 1,85 т/га на удобренном ОСВ фоне, или она увеличилась на 71 %. В последействии прибавка урожайности составила 38 %. Следует особо отметить, что при этом ухудшения качества продукции не происходило. Более того, при внесении ОСВ в плодах увеличилось содержание витамина С с 215 мг/кг на контроле до 237 мг/кг, количество нитратов уменьшилось на 6 %.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о положительном влиянии ОСВ на увеличение продуктивности растениеводства и перспективности экологически безопасного использования их в качестве удобрения. При этом доза внесения 20 т/га ОСВ более благоприятно влияла на развитие листовой поверхности, а 40 т/га - на развитие и стебля. Следовательно, целесообразно вносить 20 т/га ОСВ под кукурузу, предназначенную для летнего укоса, а 40 т/га - для силосования. Для овощных культур, в частности для томатов, рекомендуемая доза внесения составляет 30 т/га.

Экологическая оценка продукции показала (таблица 4), что при применении ОСВ г. Димитровграда не происходит повышение поступления ТМ в сельскохозяйственную продукцию, более того, наблюдается снижение их содержания, а уровень накопления значительно ниже предельно допустимых концентраций.



Таблица 4. Содержание тяжелых металлов в продукции сельскохозяйственных культур в зависимости от применения ОСВ в качестве удобрения

Вариант	На сухое вещество, мг/кг
	Zn	Cu	Cd	Pb	Ni	Cr3+	Hg	As
	Зеленая масса кукурузы
Контроль	9,79	2,1	0,16	0,28	2,08	1,20	0,0041	0,062
ОСВ	20т/га	9,08	2,0	0,18	0,28	2,18	1,4	0,0048	0,084
	40 т/га	10,6	2,4	0,20	0,30	2,40	1,41	0,0050	0,088
МДУ	50	30	0,3	5,0	3,0	0,5	0,05	0,5
НСР05	1,20	0,27	0,02	0,06	0,16	0,16	0,0018	0,022
Гречиха, зерно
Контроль	15,3	0,71	0,13	0,38	1,0	1,20	0,0021	0,08
ОСВ	20т/га	10,38	0,50	0,09	0,36	0,88	1,25	0,0026	0,04
	40 т/га	14,6	0,61	0,12	0,38	0,67	1,30	0,0024	0,06
ПДК, мг/кг	50	30	0,1	0,5	3,0	100	0,03	0,2
НСР05	1,9	0,18	0,02	0,06	0,19	0,04	0,0004	0,05
Томаты. На натуральное вещество, мг/кг
Контроль ОСВ 30 т/га	1,01 1,00	0,7 0,68	0,028 0,027	0,012 0,007	0,11 0,06	0,11 0,11	0,00004 0,00002	0,0015 0,0007
ПДК	100	30	5,0	0,3	0,05	3,0	0,05	0,5
НСР05	1	0,20	0,01	0,03	0,04	0,1	0,03	0,006

Последнее, по-видимому, обусловлено тем, что в самих осадках содержание ТМ находится в пределах установленных норм с одной стороны, с другой -происходит так называемое «биологическое разведение» за счет более энергичного роста растений, которое ведет к распределению элементов в большем объеме биомассы. Кроме того, при создании оптимального режима питания поступление ТМ в продукцию снижается.

Таким образом, результаты исследований показали на возможность безопасного использования ОСВ с иловых карт очистных сооружений г. Димитровграда в качестве удобрения зерновых и овощных культур. При этом не происходит повышения поступления тяжелых металлов в продукцию, а уровень их накопления значительно ниже предельно допустимых концентраций (ПДК, МДУ).

Эколого-экономическая оценка эффективности использования ОСВ в качестве удобрения

На основании технологических карт, разработанных для каждой сельскохозяйственной культуры и с учетом вариантов опыта, проведены расчеты экономической эффективности (адаптирована автором в соответствии с методикой Савицкой Г.В., 2007 г.) и определен уровень рентабельности. Суммарный результат изучения экономической эффективности почвенного пути утилизации различных доз ОСВ представлены в таблице 5.

Таблица 5. Суммарные показатели эффективности почвенной утилизации ОСВ

Показатель	Контроль	ОСВ 20 т/га	ОСВ 40 т/га
Стоимость продукции с 1га, руб.	32812,5	39648	43799,5
Производственные затраты на 1 га, руб.	11607,2	13365,9	14707,9
Условный чистый доход с 1 га, руб.	21205,3	26282,1	29091,6
Уровень рентабельности, %	182,7	196,6	197,8

Расчеты показали, что действие осадков сточных вод оказало положительное влияние на урожайность, выручку, себестоимость и качество получаемой продукции (экологически безопасная), и, как следствие, на прибыль и рентабельность производства. Промышленно-бытовые осадки сточных вод с иловых карт г. Димитровграда соответствуют по всем своим показателям нормативным требованиям и могут применяться в качестве органоминерального удобрения в сельском хозяйстве.

Методология лимитирования применения органических отходов

Методология применения органических отходов в конечном итоге сводится к разработке лимитов на их размещение. При этом необходимо на основе сведений о состоянии всех компонентов агроэкосистемы на данный момент времени разработать прогноз негативных последствий и ввести соответствующие ограничения (по азоту, фосфору, ТМ). После определения ограничений по всем параметрам лимит на внесение устанавливается с учетом наиболее жесткого из ограничений. Максимальная допустимая разовая норма общей дозы внесения ОСВ по содержанию в нем ТМ представлена в таблице 6.

Так как данный способ расчета общей дозы внесения отхода (т/га) производится по формуле: Д общ.= (0,8 ПДК - Ф) x М/c), его нельзя считать полностью корректным (в нем не учитывается исходная характеристика почвы). Для устранения указанного недостатка была определена общая доза осадков, которая может быть утилизирована на 1 га рассматриваемой площади за определенный промежуток времени. Максимально допустимую разовую норму внесения осадков (в т/га), вычисляли по формуле:

Д уд = 0,1 ПДК х М/c).

где ПДК - предельно допустимая концентрация нормируемого загрязнения в почве, мг/кг (при отсутствии ПДК в расчете используется ОДК);

Ф - фактическое содержание загрязнителя в почве, мг/кг;

с - концентрация загрязнителя в отходе, мг/кг;

М - масса пахотного слоя почвы, т/га.

Таблица 6. Максимально допустимые разовые нормы и общие дозы внесения ОСВ по содержанию в них тяжелых металлов

Показатели	Элементы
	Pb	Co	Zn	Ni	Mn	Hg	Cd	Сu
Содержание элемента в ОСВ, мг/кг сухого вещества	54,9	39,8	767,0	105,0	821,0	0,049	3,213	311
Содержание элемента в почве, мг/кг	6,0	6,75	16,7	14,2	499	0,006	0,232	7,12
Поступление в почву, мг/кг	с ОСВ 20 т/га	0,1098 0,2196	0,78 1,56	15,34 30,68	2,10 4,20	16,42 32,84	0,00098 0,00196	0,064 0,128	3,11 6,22
	с ОСВ 40 т/га
ПДК элемента в почве, мг/кг	32	50,0	55,0	20,0	1500	2,1	5,0	33
Разовая норма, т/га	0,1	0,03	0,002	0,005	0,05	0,5	0,015	0,0003
Общая доза, т/га	0,9	0,26	0,14	0,013	0,29	1,2	0,11	0,01

Масса пахотного слоя почвы условно принята 3х106 кг/га.

Расчеты показали, что время возможного безопасного внесения ОСВ по ТМ варьирует от 9 до несколько тысяч лет при максимальной разовой дозе 40 т/га. Другими словами, в настоящий момент времени металлы фактически не ограничивают дозы внесения органических отходов и, следовательно, основными лимитирующими факторами являются биогенные элементы. Причем в зависимости от характеристики почвы на первый план могут выходить ограничения, как по азоту, так и фосфору.

Заключение

Проведенные нами исследования показали, что состав сточных вод г. Димитровграда многообразен и относительно стабилен, однако варьирует по годам. В состав их входят: взвешенные вещества, азот аммонийный, нитритный и нитратный, фосфаты, хлориды, нефтепродукты, СПАВ, некоторые тяжелые металлы.

Очистка СВ производится через ГОСК (городские очистные сооружения канализаций) с полной механической и биологической очисткой и затем сбрасываются в реку Большой Черемшан. Очистные сооружения пректной мощностью 50000 м3/сут. построены по проекту института "Ульяновскгранжанпроект" в 1968 г. Реконструкция действующих очистных сооружений в 1979 г. довела их мощность до 100000 м 3 /сут., а в 1996 г. введены в эксплуатацию новые блоки дооочистки сточных вод. В 2008 году внедрена технология извлечения СПАВ из СВ с помощью аэраторов, сформированных на базе мотальных паковок специального назначения. Это обеспечивает снижение себестоимости очистки одного кубометра СВ на 30 %, а качество очистки соответствует нормативам по ПДК и обеспечивает высокоэффективное извлечение СПАВ из СВ (Бояркина М.А., 2009). В результате этого эффективность очистки сточных вод достаточно высока и по основным показателям (БПК, нефтепродуктам, взвешенным веществам) приближается к 100 %. Более низкая степень очистки наблюдается по фосфатам. В среднем по всем показателям она составляет 73,8 %.

Качество воды в фоновом и контрольном створах сточных вод после очистки на очистных сооружениях приведено во 3 главе. В фоновом створе реки Б. Черемшан наблюдается превышение над ПДК по БПК, азоту нитритному, аммонийному, фенолу, железу, меди, но, в результате эффективной работы очистных сооружений качество воды в контрольном створе улучшается по сравнению с фоновым. Гидрохимическое состояние реки и Черемшанского залива характеризуется умеренным содержанием органических, минеральных, взвешенных и моющих веществ.

Необходимым условием при использовании ОСВ в качестве удобрения является отсутствие отрицательного воздействия на окружающую среду и здоровье человека. На основании наших исследований получены экологические сертификаты соответствия и паспорта отходов, которые рекомендуют использование осадков непосредственно или в виде компостов в качестве органических удобрений в сельском хозяйстве; для создания плодородного слоя земли при биологической рекультивации нарушенных земель, полигонов ТБО или специально оборудованных полигонов для отходов 3-4 класса опасности. В осадках сточных вод все показатели не превышают допустимые значения в соответствии с ГОСТ 17.4.3.07-2001 "Охрана природы. Почвы", предъявляемые к свойствам ОСВ при использовании их в качестве удобрения. Гельминтологический контроль показал отсутствие в осадках яиц гельминтов, аскарид, власоглава, и свидетельствует о том, что применение ОСВ в качестве удобрения не приводит к загрязнению почвы патогенной микрофлорой. Осадки сточных вод г. Димитровграда по содержанию тяжелых металлом отвечают нормативным требованием. Расчеты показали, что при дозах ОСВ 20 и 40 т/га количество ТМ ни по одному элементу не превышает МДУ их поступления в почву с осадками сточных вод и накопление их в растениеводческой продукции не происходит. Проведенные исследования свидетельствуют о положительном влиянии ОСВ на увеличение урожайности и улучшение качества растениеводческой продукции и на перспективность экологически безопасного использования их почвенного размещения. Кроме того, эколого-экономическая оценка показала, что применение ОСВ дает положительный эффект не только по натуральным показателям производства, но и приводит к росту его объемов, что благоприятно сказывается на снижении себестоимости и ведет к повышению уровня доходности. При этом величина прибыли возрастает за счет двух факторов: роста объема продаж и снижения себестоимости.

Расчет лимитов на утилизацию ОСВ г. Димитровграда в качестве удобрения показал, что в настоящий момент времени тяжелые металлы фактически не ограничивают дозы внесения осадков и, следовательно, основным лимитирующими факторами являются биогенные элементы. В зависимости от типа почвы на первый план могут выходить ограничения как по азоту, так и фосфору. Лимиты должны пересматриваться ежегодно и корректироваться в зависимости от меняющихся условий. Лимитирование позволяет минимизировать экологическую опасность применения ОСВ.

Таким образом, наше исследование позволило установить, что утилизация СВ в виде ОСВ при их почвенном размещении в качестве удобрения экологически безопасно и экономически эффективно.



ВЫВОДЫ

1. Состав сточных вод г. Димитровграда представлен следующими компонентами (средние значения, мг/л): взвешенные вещества - 27,41; БПК - 11,14; азот аммонийный - 4,21; азот нитритный - 0,46; азот нитратный - 13,84; фосфаты - 2,86; нефтепродукты - 0,18, СПАВ, железо - 0,26; медь - 0,013; цинк - 0,064; никель - 0,008.

2. Эффективность очистки СВ в среднем по всем показателям составляет - 73,8 %. При этом ни по одному показателю она не достигает 100 %. Наибольшая степень очистки наблюдается по БПК (91,2-96 %), взвешенным веществам (80,8-91 %), нефтепродуктам (88-94,8 %), железу (70,8-91,1 %), цинку (до 88,5 %), меди (до 88,3 %), СПАВ (до 91 %); кадмию (50-95 %), азоту аммонийному (62-77 %), никелю (36,7-88 %), наименьшая по фосфатам - от 3,2 до 8 %.

3. Агрономическая характеристика осадков с иловых карт г. Димитровграда свидетельствует о высокой потенциальной удобрительной ценности. В состав их входят (на сухое вещество): азот от 2,4 до 2,7 %, фосфор от 2,7 до 4,8 %, калий от 0,3 до 0,6 %, кальций от 2,6-4,7 %. ОСВ отвечают требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-20001 и СанПиН 2.1.7.573-96. Содержание ТМ в почве после внесения ОСВ в дозе 20 и 40 т/ га ни по одному элементу не превышало МДУ.

4. ОСВ положительно влияли на численность микроорганизмов. При этом количество микроорганизмов, растущих на КАА, увеличилось на 85,2 % в начале и на 22,7 % к концу вегетации, аммонифицирующих бактерий (МПА) соответственно на 52,2 и 44,2 %.

5. Урожайность зеленой массы кукурузы при применении ОСВ в дозе 20 и 40 т/га увеличивалась на 5,7 и 8,8 т/га (20-30 %), гречихи на 24 % в прямом действии и на 33 % в последействии, томатов соответственно на 71 % и 38 %. ОСВ оказали положительное влияние на качество овощной продукции: содержание витамина С возрастало по сравнению с контролем на 22 мг/кг, одновременно происходило снижение нитратов на 7 мг/кг.

6. Осадки сточных вод, вносимые под сельскохозяйственные культуры, не влияли на накопление изученных тяжелых металлов (Zn, Ni, Cu, Pb, Cd, Cr, Hg) в основной продукции. При этом в большинстве случаев их содержание с увеличением дозы внесения оставалось неизменным или уменьшалось незначительно в пределах 0,1-0,2 единицы.

7. Применение ОСВ с иловых площадок г. Димитровграда в пригородной зоне экономически эффективно. Наибольший уровень рентабельности в 196,6 и 197,8 % установлен при применении осадков сточных вод в дозах 20 и 40 т/га по сухому веществу при возделывании кукурузы и гречихи.

8. Время возможного безопасного ежегодного внесения ОСВ в качестве удобрения в дозе 20 т/га составляет 18 лет, 40 т/га - 9 лет.

Предложение производству

На основании проведенных исследований и полученных результатов предлагаем сельскохозяйственным товаропроизводителям, расположенным в пригородной зоне, использовать сертифицированные по качеству осадки сточных вод со станции биологической очистки ГОСК г. Димитровграда в качестве сельскохозяйственных культур. Рекомендуемая доза внесения 20-40 т/га.



СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Экологическая оценка сточных вод г. Димитровграда Н.Г. Захаров, Т.В. Починова // Вестник академии. Ульяновск, 2005. -С.15-19.

2. Почвенное размещение ОСВ как эффективный способ их утилизации / Т.В Починова / Материалы пятой Международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности». Пенза, 2005. С.- 23-25.

3. Экологический безопасный способ утилизации осадков сточных вод / Т.В. Починова // Научный Вестник. Димитровград, 2006. № 5.- С. 39-41.

4.. Влияние осадков сточных вод г. Димитровграда на урожайность зеленой массы кукурузы / Т.В. Починова, Н.Г. Захаров //Материалы Международной научнопрактической конференции «Актуальные вопросы применения удобрения в сельском хозяйстве». Владикавказ, 2005. - С. 21-23.

5. Захаров, Н.Г. Починова, Т.В. Эколого-биологическая оценка продуктивности растениеводства при использовании осадков сточных вод г. Димитровграда. Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2007. №4 (8). С. 80-83.

6.. Использование осадков сточных вод г. Димитровграда в качестве безопасного удобрения / Т.В. Починова // Научный Вестник. Димитровград, 2008. №7 - С. 67-69.

7. Климова, Н.В. Починова, Т.В. Осадки сточных вод как нетрадиционные органические удобрения /Н.В. Климова, Т.В. Починова // Аграрная наука.- 2009. -№ 1 (09). -С. 13-16.

8.Физикохимическая характеристика состава сточных вод г. Димитровграда / Т.В. Починова, А.Х. Куликова // Материалы Международнопрактической конференции «Аграрная наука на современном этапе: опыт, проблемы и пути их решения». Том 1. Ульяновск: УГСХА, 2009. -С.105-110.

9. Содержание микроорганизмов в осадках сточных вод г. Димитровграда, численность, видовой состав/ Т.В. Починова // Научный Вестник. Димитровград, 2009. № 8. - С.11-13.

1. Коровина, Е. В. Трансформация почвенного покрова в условиях городской среды / Е. В. Коровина // Вестник Казанского ГАУ. - 2009. №1 (11). - С. 139142.

2. Сатаров, Г. А. Оценка состояния почвенного покрова урбоэкосистемы / Г. А. Сатаров, Е. В. Коровина // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. - 2009. - № 3(17). - С.157161.

3. Интенсивность транспортных потоков на городских магистралях Ульяновска / Ю. В. Голунков, И. Н. Баторшина, Е. В. Дьяконова, Е. В. Коровина // Проблемы экологии и охраны природы. Пути их решения: материалы II Всероссийской науч.практ. конф. (ноябрь 2004г.) / под ред. Б. П. Чуракова. - Ульяновск : УлГУ, 2004. - С. 5860.

Размещено на Allbest.ru

...