Geum.ru

Проектно-исследовательская работа

Вид материалаИсследовательская работа
Краткая характеристика технологии очистки сточных вод г. Кохмы и виды осадков
К первичным осадкам
Вторичные осадки
Подобный материал:
1   2   3   4

Выводы:
  • В целом население города знает экологические проблемы водоисточников, но не всегда понимают их роль в нашей духовной жизни. Отсюда и низкий уровень экологической культуры кохомчан.
  • Большую озабоченность горожан вызывает санитарное состояние излюбленных мест отдыха «Запрудка» и река Уводь, но проблем было бы меньше, если бы там были в достаточном количестве урны.
  • Качество питьевой воды в городе считают удовлетворительным менее половины опрошенных. Более половины опрошенных кохомчан используют для очистки питьевой воды дополнительные фильтры.
  • Не все жители нашего города экономно относятся к водным ресурсам.


Краткая характеристика технологии очистки сточных вод г. Кохмы и виды осадков
  1. Осадок из песколовки (песок 80% вручную удаляется на песковую площадку и вывозится автотранспортом на городскую свалку (0,01 % от физического расхода воды).
  2. Осадок с первичных отстойников образуется при выделении из сточных вод взвешенных частиц путём отстаивания. Под гидростатическим давлением воды осадок выпускается в специальный колодец для сбора осадка, затем вывозится автотранспортом на городскую свалку (осадок составляет 1 % от фактического расхода воды).
  3. В аэротенках органические вещества сточных вод окисляются с помощью активного ила (АИ), прошедшего регенерацию. Активный ил представляет собой хлопья ила, которые населены большим количеством бактерий, способных осуществлять минерализацию органических веществ сточных вод. Окисление сточных вод с помощью АИ непосредственно зависит от температуры воздуха и воды, соответственно в летний период окисление происходит в два раза быстрее.

Во вторичных отстойниках происходит выделение АИ из очищенных в аэростенках сточных вод путём отстаивания. Отделившийся (отстойный) ил во вторичных отстойниках называется возвратным. По мере осаждения из нижней, конусообразной части вторичного отстойника возвратный ил удаляется под гидростатическим давлением воды и перекачивается насосом в регенератор для восстановления активных веществ возвратного ила. Излишки ила во вторичных отстойниках удаляются непрерывно, удалённый ил называется избыточным (составляет 2 % от объёма стоков). Избыточный ил сбрасывается на иловые площадки, слоем не более 10 см после того, когда первая партия осадка подсохнет и даёт трещины глубиной 3-5 см.


Обработка стоков при их утилизации.

Существующие способы обработки стоков и их осадков должны содействовать наиболее полному их использованию. Необходимо избегать таких способов обработки, которые приводят к потере ценных веществ. Осадки городских сточных вод представляют собой примеси в твёрдой фазе, выделенной из воды в результате механической, физико-химической и биологической очистки.

Свежие отходы богаты органическими веществами, способными к быстрому размножению, что вызывает необходимость их предварительной обработки перед утилизацией (Евалевич, 1988).

Стабилизация – это предотвращение загнивания осадков, основанное на изменении их физико-химических характеристик, которое сопровождается подавлением жизнедеятельности гнилостных бактерий.

Стабилизация осадков достигается различными путями:
  1. Минерализацией органического вещества – анаэробное метановое брожение, анаэробная стабилизация, тепловая обработка, биотермическое разложение.

а) Анаэробное метановое сбраживание осуществляется в метанотенках для получения биогаза. Происходит увеличение сухого вещества в осадке до 30 %, минерализация органического вещества составляет 25-30 %.

б) Аэробная стабилизация – процесс окисления органического вещества аэробными микроорганизмами. Вещества подверженные гниению окисляются, в результате осадок приобретает стабильные свойства и быстрее подсыхает на иловых площадках, чем осадки после метанового сбраживания. После аэробной стабилизации необходима термическая или химическая обработка для дегельминтазации, тогда как при сбраживании в метенотенках в термофильных условиях происходит естественное обеззараживание.

в) Тепловая обработка – это нагревание осадков до 170-220°С при давлении 1,2-2 МПа в течение 30-120 минут. Происходит распад органических веществ, их растворение и переход осадка из твёрдой фазы в жидкую. Оставшийся остаток стерилен, имеет низкую влажность и не загнивает при хранении.

г) Биотермическое разложение органического вещества осадков под воздействием аэробных микроорганизмов с целью обеззараживания, стабилизации и подготовки их к утилизации в качестве удобрений. Наиболее простой метод – полевое компостирование. В процессе жизнедеятельности аэробных микроорганизмов происходит минерализация органического вещества. Оптимальная влажность 60 %, поэтому целесообразней компостировать осадки после обезвоживания или подсушки на иловых площадках. Биотермический процесс сопровождается повышением температуры до 50-80°С, что приводит к обеззараживанию и уменьшению массы осадка. Минерализация органического вещества составляет 25-40 %. Готовый компост получают в виде сыпучего материала влажностью 40-50 %, он не имеет запаха, не загнивает, является хорошим удобрением. В качестве компонента используют размолотую древесную кору, солому, торф и др.

2. Изменением активной реакции среды (повышением величины pH путём введения щелочей).

Добавление к осадкам извести замедляет процессы распада органического вещества, уменьшая его потери, при этом возможно некоторое снижение в ОСВ азота из-за улетучивания аммиака. (Покровская С.Ф., 1987)

Применение в качестве реагента аммиачной воды обеззараживает осадки и повышает их удобрительную ценность вследствие обогащения азотом. Обработка ОСВ хлоридом железа вызывает заметные потери фосфора и служит одним из эффективных приёмов дефосфатации отходов.

а) Васильева З.Г. установила, что яйца гельминтов погибают в процессе нагревания при температуре 50°С, а при температуре 70° С в течение 30 минут уничтожается большинство патогенных микроорганизмов. В соответствии с СН и П 02.03.85г. «Канализация. Наружные сети и сооружения» аппараты для термической обработки должны обеспечивать прогрев всей массы осадка до температуры не менее 60°С.

б) Термическая сушка производится на сушильных установках. Осадок после термической сушки представляет собой не загнивающий, свободный от гельминтов и патогенных микроорганизмов сыпучий материал влажностью 20-50 %. Температура в камере сгорания 700-900 °С.

в) Химическое обеззараживание осадков. Установлено, что при pH от 10 и более сырые осадки теряют запах и развитие санитарно-показательной микрофлоры (кишечная палочка и энтерококки) подавляется. Однако, щелочная среда не оказывает существенного влияния на яйца гельминтов, их гибель происходит при введении в осадки негашеной извести, которая наряду с повышением щелочности, обеспечивает повышение температуры. В последние годы получают распространение способы обеззараживания осадков химическими веществами, которые применяют для удобрения почв, либо для уничтожения вредных почвенных микробов или сорняков – аммиачная вода, карбатион, формальдегид, мочевина, тиазон. По данным Марциновского Е.И., полное обеззараживание происходит при смешивании осадка с аммиачной водой в количестве 5 % от массы осадка и выдержки в течение 10 суток. При использовании для обеззараживания тиазона в воде 0,2-2,0 % общей массы осадка и экспозиции 3-10 суток не только яйца гельминтов, но и патогенные микробактерии, в т.ч. туберкулёз, погибают. Это обеспечивает получение эпидемиологически безопасного, пригодного для удобрения осадка, при внесении которого в почву дополнительно уничтожаются почвенные патогены и сорняки.

В связи с изменением физико-химических характеристик осадков, стабилизация одновременно может сопровождаться:
  1. улучшением водоотдающей способности осадков (Аэробная стабилизация, тепловая обработка, введение извести);
  2. сокращением объёма;
  3. получением побочных продуктов – биогаза при анаэробном сбраживании;
  4. обеззараживанием осадков;
  5. улучшением удобрительных свойств (обработка известью, аммиаком и др.)


Контроль качества очистки на различных технологических этапах

Производственный контроль качества сточных вод и их осадков осуществляется лабораториями вододателей или водопотребителей. Контрольные точки, сроки отбора сточных вод и основные показатели их состава определяются в каждом конкретном случае. Способ отбора, объём хранения и транспортировка пробных сточных вод производится в соответствии с действующими ГОСТами. (Приложение № 1)


Мировой опыт утилизации осадков городских сточных вод

Отходы городского коммунального хозяйства, в том числе и осадки сточных вод (ОСВ) в крупных городах и населённых пунктах порождают массу проблем в связи с их утилизацией.

Существует ряд способов утилизации ОСВ: сбрасывание в моря и океаны, сжигание, захоронение в почвенной среде, обезвреживание и использование в качестве органических удобрений, как добавка при приготовлении различных компостов и т.д. (Александровская З.И. и др., 1977). В Японии, например, уже в 1981г. в эксплуатации находилось около 500 установок конечной переработки и за год перерабатывалось около 65×108 м3 сточных вод, при этом количество полученного ила составило около 24 ×105 м3. Они состоят на 80 % из обезвоженного брикета, на 11 % из пепла сжигания (пепла, получаемого в результате сжигания после обезвоживания) и других отходов (сухой или дигерированный ил) в количестве 9 %. Указанные отходы (42 %) подвергаются захоронению в землю, сбрасываются в море (36 %), а в объёме 15 % эффективно используют. Из эффективно используемых отходов 93 % приходится на улучшение лугопастбищных и сельскохозяйственных земель. Главный упор делается на применение канализационного ила в качестве удобрений (Фудзии К., 1984).

Компостирование бытового мусора и садка сточных вод за рубежом рассматривается как важный элемент стратегии повторного использования отходов. При этом решаются две задачи: во-первых, избавляются от отходов, создающих угрозу загрязнения окружающей среды, во-вторых, расширяют производство органических удобрений, потребность в которых очень велика.

Наиболее широко указанный способ переработки отходов применяется в густонаселённых развитых странах, где остро стоят проблемы охраны окружающей среды и ощущается дефицит природных ресурсов. Так, в Нидерландах перерабатывается на компост 30-40 % бытовых отходов, в Австрии и Бельгии около 25 %, во Франции 8 % (Покровская С.Ф., 1990).

Исследования показали, что добавление осадка при компостировании отходов создаёт условия для разложения целлюлозо-составляющих компонентов отходов, в частности позволяет компостировать мусор, содержащий большое количество бумаги. На некоторых компостирующих заводах США благодаря добавлению осадка сточных вод удаётся перерабатывать на компост отходы, содержащие 90 % бумаги (Mayer J.G., 1972). В Германии для этой цели используют полужидкий осадок влажностью 92-96 % (доля его в составе компостируемой массы составляет 10-20 %) и частично обезвоженный осадок влажностью 50-75 % (доля его в массе – 14-34 %) (Mach R., 1973).

Представляет интерес практика использования осадков сточных вод в ФРГ. По санитарным соображениям в ФРГ допускается использование в качестве удобрения только незагнивающих, стабилизированных сточных вод, термически высушенных, компостированных и пастеризованных. Пастеризация осадков заключается в их нагревании до 65-70°С в течение 20-30 мин., что приводит к уничтожению яиц гельминтов и микроорганизмов. Более высокий эффект пастеризации достигается при нагревании осадка до 80-90°С с последующим выдерживанием в течение 5 мин. В случае образования больших объёмов осадков сточных вод, содержащих соли тяжёлых металлов, из-за чего их нельзя использовать в качестве удобрения, по-видимому, целесообразно использовать другие пути утилизации, например, сжигание осадков.

В ФРГ также предложен способ сжигания активного ила с получением заменителей нефти и каменного угля. Подсчитано, что при сжигании 350 тыс. т активного ила можно получить топливо, эквивалентное 700 тыс. баррелей нефти и 175 тыс. т угля (1 баррель 159 л). Одним из преимуществ этого метода является то, что полученное топливо удобно хранить. В случае сжигания активного ила выделяемая энергия расходуется на производство пара, который немедленно используется, а при переработке ила в метан требуются дополнительные капитальные затраты на его сохранение.

Не потерял своего значения и традиционный способ полевого компостирования отходов в штабелях под открытым небом. Он прост в техническом отношении, не требует больших затрат, обеспечивает высокий обеззараживающий эффект. С помощью такого способа из бытового мусора и осадка сточных вод получают компост, обладающий высокой агрономической ценностью.

Различают две модификации этого способа: с использованием так называемых динамичных (с ворошением отходов) и статичных (без орошения) штабелей; компостирование проводится в условиях принудительной аэрации. Благодаря аэрированию, улучшающему условия жизнедеятельности микроорганизмов, процесс перегнивания отходов значительно ускоряется. По методу полевого компостирования организована переработка бытового мусора, смешанного с осадком, на многих специализированных предприятиях. Так, в США на 180 из 200 компостирующих предприятий отходы перерабатывают указанным способом. (Покровская С.Ф., 1990).

В Польше методом полевого компостирования получают около 4000 т компостов в год. Отбросы укладывают штабелями в три ряда (ширина каждого ряда около 2 м) с расстоянием между ними 2,5 м. Затем добавляют фекалий, бульдозер с двух сторон выравнивает мусор и формирует штабель.

Одним из способов утилизации ОСВ является его использование в качестве органоминерального удобрения, при этом одновременно решается ряд задач: исключается необходимость хранения (захоронения), повышается плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур, не загрязняется окружающая среда.

Ил со станций очистки сточных вод общественной канализации представляет собой важнейший источник органических, питательных и биологически активных веществ. Непосредственное удобрение илом со станций очистки сточных вод является выгодным способом использования этих отходов, если они используются соответствующим образом при определённых природных и производственных условиях. Благодаря экономической выгоде, которую приносит непосредственное удобрение илом его потребителям и поставщикам, а также всему народному хозяйству, указанный способ использования ила признаётся и применяется во всём мире.

В бывшем СССР общий годовой объём осадков на 1986 год составлял 4 – 4,7 млн. т по сухому веществу. К 1990 г. он увеличился до 9 – 10 млн. т (Касатиков В.А.)

Однако уровень использования отходов городов и осадка сточных вод в сельском хозяйстве нашей страны (в т.ч. и нашем регионе) пока крайне низок. В почву вносится не более 4-6 % осадка сточных вод с очистных сооружений. Большая часть отходов вывозится на свалки, создающие опасные очаги загрязнения окружающей среды. При этом безвозвратно теряются содержащиеся в отходах полезные компоненты.

Виды осадков, их химический состав, органолептические свойства и бактериальная заселённость

Городские воды, поступающие на очистные сооружения, содержат разнообразные по составу загрязнители минеральные ((песок, глинистые частицы, кислоты, щёлочи, соли и т.д.), органические бытовые отходы, фекалии, растительные волокна, масла, нефтепродукты и т.д.) и бактериального происхождения (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и др.)

ОСВ – суспензия, выделяемая из сточных вод в процессе их механической, биологической и физико-химической очистки от фазово-дисперсного состояния примесей различают первичные и вторичные осадки.

К первичным осадкам относятся грубодисперсные примеси размером 10-5 см, выделенные из воды методами механической очистки: седиментация, фильтрация, осаждение в центробежном поле. Они отличаются большой неоднородностью и представляют собой студенистую суспензию серого цвета с кисловатым запахом. Вследствие большого количества органических веществ, они быстро загнивают, приобретая чёрный цвет и издавая неприятный кислый запах. Средняя влажность 95 %.

Вторичные осадки – это избыточный активный ил (АИ) – продукт биологической очистки (размер частиц 10-5 – 10-6 см). Представляет собой суспензию, содержащую аморфные хлопья, включающие аэробные бактерии и простейшие микроорганизмы с адсорбированными загрязнителями из сточных вод. При хранении и уплотнении он быстро загнивает. Влажность АИ, выгружаемого из вторичных отстойников после аэротенков составляет 96% (Туровский И.С.).

Элементарный состав сухого вещества осадков составляет (% массы сухого вещества осадка) 35-87-С; 4,5-87-Н; 0,9-2,7-S; 3,3-9,8-N; 12,5-73,2-О. В осадках содержатся соединения St, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Zn, Cr, Ni и др. (Новикова В.М.)

Знание химического состава необходимо для определения наиболее рациональных путей их использования и обработки. Следует указать на зависимость химического состава сточных вод от источника их происхождения. Повышенное количество микроэлементов содержат сточные воды городов с высокой долей предприятий пищевой промышленности. Установлено, что в стоках молочных и сыроваренных заводов содержится в среднем азота – 6,2%, фосфора – 5,0%, калия – 0,4% (Толстопятова Н.Г. 2000г.)

Углерод содержится в осадках, главным образом в органической форме (20-30% сухого вещества). В сброшенных ОСВ выявлены полисахариды, жиры, воск, протеины (Урбина Г. и др.). Осадки содержат 1-7% минерального углерода (карбонаты Ca, Mg, и др.) (Зомере Л.). 50-90% общего азота осадков находится в органической форме аммиачных солей или нитратов. Органический фосфор составляет до 40% общего фосфора осадков (Поммель Б.).

ОСВ как источник микроэлементов

Микроэлементами, как известно, называют химические вещества, содержащиеся в организме человека, животных и растениях в ничтожно малых количествах: бор, марганец, йод, медь, цинк, кобальт, молибден, естественные радиоактивные элементы и др.

Указанные элементы, несмотря на их малое содержание, играют чрезвычайно важную роль в живой природе, что было доказано многочисленными точными физиологическими опытами, проведёнными в нашей стране (Вернадский В.И., Школьник М.Я., Виноградов А.П., Пейве Я.В. и др.), что растительные и животные организмы при отсутствии отдельных микроэлементов не могут нормально развиваться, а при недостатке подвергаются эндемическим (свойственным данной местности) заболеваниям.

В.И.Вернандский впервые пришёл к выводу, что, несмотря на ничтожно малое содержание многих химических элементов в окружающей среде, они присутствуют во всех организмах постоянно и не случайно.

Особенно необходим для нормального развития растений и животных йод. При его недостатке в пище нарушается обмен веществ и развивается заболевание, получившее название зоба. Йод входит в состав гормона щитовидной железы-тироксина. Ивановская область входит в группу регионов, жители которых испытывают недостаток йода в организме.

При отсутствии другого элемента – бора, растения погибают, а при его недостатке у них отмирают верхние точки роста, не образуются репродуктивные органы, у свёклы появляется гниль сердечка, что резко снижает урожай и качество корнеплодов.

Медь в одинаковой степени необходима для нормального развития и растений и животных. При её недостатке болеют и отмирают листья растений, не образуются семена. Заболевание получило название белой чумы или болезни обработки. Надёжным способом борьбы с ним является внесение в почву медесодержащих микроудобрений. Наиболее резко недостаток меди проявляется на торфяных почвах. Медь входит в состав ферментов – оксидаз, полифелоноксидаз, лактазы и др.

При дефиците марганца появляются светло-зелёные пятна, поражающие в течение нескольких дней растения. Растения быстро поправляются, если их подкормить препаратами, содержащими этот элемент. У животных организмов, в случае недостатка марганца, наблюдается задержка в формировании скелета и замедляется рост. Марганец входит в состав окислительных ферментов – оксидаз, повышает активность ферментов-фосфатазы и др.

Внесение малых доз молибдена дополнительно к основным питательным веществам резко повышает урожай бобовых и других растений, их устойчивость к неблагоприятным условиям зимовки. Особенно богаты молибденом развивающиеся на корнях бобовых клубеньки, которые играют важную роль в усвоении атмосферного азота. Молибден принимает деятельное участие в редукции нитратов и синтезе белков. Для нормального развития растений и животных организмов необходим и цинк. Дефицит его – причина таких заболеваний, как пятнистый хлороз, крапчатость, мелколисточность цитрусовых, побеление верхушек кукурузы и др. Цинк повышает морозоустойчивость растений, усиливает действие гормонов, связанных с процессами размножения и роста животных, входит в состав карбоногидразы, уреазы и некоторых других ферментов, играющих важную роль в жизненных процессах.

Редкоземельные элементы – церий, лантан, неодим, празеодим, самарий и др. – постоянно содержатся в почвах, растениях и животных организмах. Они имеются в количестве от 0,7 до 3,5% в виде примесей в фосфорнокислых удобрениях. Значение редкоземельных элементов в жизни растительных и животных организмов недостаточно изучено. Однако, имеющиеся опытные данные показывают, что от внесения в малых количествах редких земель дополнительно к основным питательным веществам заметно повышается урожай и улучшается качество растений. Элементы редкоземельные у животных концентрируются преимущественно в костях (Дробков А.А.).

В почве много содержится титана, но он находится в ней в труднорастворимой форме. В растениях его ничтожно мало. Титан обнаружен в крови и костях человека и животных. Какую роль играет титан в жизни организмов, выявлено также недостаточно.

Общий вынос микроэлементов и расход их на единицу продукции могут изменяться в значительных пределах в зависимости от урожайности сельскохозяйственных культур, количества и соотношения питательных веществ в почвенном растворе, влажности почвы и её важнейших агрономических свойств, уровня агротехники и других факторов.

Одним из источников пополнения почв необходимыми микроэлементами могут быть осадки городских сточных вод. По литературным данным (Ильин В.Б. и др., 1991) содержание микроэлементов в ОСВ колеблется в достаточно широких предела: медь 50-4000, цинк 70-40000, марганец 60-4000, кобальт 2-300 мг на 1 кг сухого вещества.

Установлено (Попов Г.П. и др., 1984), что с урожаями сельскохозяйственных культур на уровне 30-35 ц зерновых, 200-300 ц картофеля и 50-60 ц сена с 1 га ежегодно вносится по 100-600 г цинка и марганца, 30-200 г меди, 1-6 г кобальта, 3-15 г молибдена. Расчёты показывают, что внесение 1-4 т сухого вещества ОСВ с содержанием указанных элементов на уровне ПДК может на 8-10 лет обеспечить бездефицитный баланс микроэлементов в севообороте. Это очень важно, поскольку почвы с низкой обеспеченностью микроэлементами составляют в различных районах страны от 10 до 40% пашни, а промышленное производство микроудобрений весьма ограничено.

Гигиенические аспекты применения ОСВ.

В последнее время в специальной научной и сельскохозяйственной литературе появился термин «тяжёлые металлы», который сразу же приобрёл негативное звучание. С ним связано представление о чём-то токсичном, опасном для живого, будь то животные или растения. Тяжёлые металлы – группа химических элементов, имеющих плотность более 5 г/см3. Термин заимствован из технической литературы, где металлы классифицируются на лёгкие и тяжёлые. Для биологической классификации правильнее руководствоваться не плотностью, а атомной массой, т.е. к тяжёлым относить металлы с атомной массой более 40 (Алексеев Ю.В., 1987). Представление об обязательной токсичности тяжёлых металлов является заблуждением, т.к. в эту же группу попадают медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо – элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно обнаружено и доказано. Важны концентрации, в которых они необходимы живым организмам. Справедливее использовать термин «тяжёлый металл» в случае, когда речь идёт об опасных для животных организмов концентрациях элемента с относительной массой более 40. Микроэлементом он становится тогда, когда находится в почве, растении, организме животных и человека в нетоксичных концентрациях или используется в малых количествах как удобрение или минеральная добавка к корму.

Однако, имеется группа металлов, за которыми закрепилось только одно негативное понятие – «тяжёлые», в смысле «токсичные». Такая группа включает ртуть, кадмий и свинец. По общему мнению их считают наиболее вероятными и опасными загрязнителями окружающей среды, т.к. они широко используются в промышленности и на транспорте.

В культурном ландшафте наибольшее распространение имеют цинк, свинец, ртуть, кадмий, хром. Набор металлов, поступающих в ландшафт, зависит прежде всего от характера человеческой деятельности в данном регионе.

Кадмий сопутствует цинку и часто обнаруживается вместе с ним, обнаруживает основные, двойные и комплексные соединения. В загрязнённых почвах он содержится в количествах, равных десятым долям миллиграмма на килограмм.

Ртуть относится к весьма редким элементам и в природе мигрирует преимущественно в газообразном состоянии и в водных растворах. В ландшафте, в основном, рассеивается и лишь в незначительном количестве может сорбироваться глинами и илами. В чистых почвах её содержание составляет сотые доли миллиграмма на килограмм, а в почвах интенсивного хозяйственного использования достигает миллиграммов.

Свинец является наиболее распространённым элементом. В агроландшафте он преимущественно мигрирует в бикарбонатной форме, а также в органических комплексах. Свинец легко адсорбируется глинами, и в них его содержание повышено. В условиях промывного типа водного режима наблюдается некоторая подвижность свинца, но значительно меньшая, чем кадмия, цинка и меди.

Знание природных концентраций тяжёлых металлов в воде, в почвах и растениях даёт возможность судить о состоянии чистоты или загрязнённости и принимать необходимые меры.

Известно, что техногенное загрязнение оказывает влияние не только на биоту вод, но и на их физические, физико-химические и химические свойства.

В целях исключения опасности загрязнения почв, продукции и окружающей среды ТМ, сточные воды и их осадки, предназначенные для удобрения, должны в обязательном порядке анализироваться на содержание ТМ: Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Hq, Zn. В настоящее время определены ПДК для некоторых ТМ в осадках, используемых в качестве удобрения (Тейко, 1980, Толстолетова Н.Г., 2000). (Данные приведены в таблице, приложение № 2)

В западноевропейских странах действует система контроля за содержанием ТМ. Разрешение на их использование в с/х сопровождается данными об их дозах и сведениями о качестве поступающих при этом питательных веществ (Базам Н). В России разрешение на применение сточных вод в качестве удобрения дают органы СЭС, при этом не рекомендуется вносить в почву необеззараженные осадки (Покровская С.Ф.)

Требования к сточным водам, используемым для удобрительного орошения
  1. Агрохимические требования, определяющие пригодность сточных вод для орошения, направлены на:
  1. повышение плодородия почвы, предупреждения аккумуляции в ней токсичных веществ, засоления и осолонцевания;
  2. получение стабильного урожая, выращиваемых культур с качеством, отвечающим санитарно-гигиеническим требованиям.
  1. В зависимости от химического состава сточных вод, физико-химического состава почвы, особенности выращиваемых культур определяется технологией использования сточных вод для регулярных или удобрительных поливов.
  2. Допустимое содержание биогенных элементов (NPK) в сточной воде используемой для орошения не должно превышать выноса этих элементов с планируемым урожаем, если величина внесения NPK меньше выноса их с урожаем, то их недостаток следует компенсировать удобрением, при высокой концентрации биогенных элементов возможно разбавление хозяйственно-бытовыми водами.
  3. Сточные воды, содержащие микроэлементы, в т.ч. ТМ, в количествах не превышающих ПДК могут использоваться для орошения без ограничений. Допустимая их концентрация устанавливается в зависимости от оросительной нормы и наличия их в почве. Пример расчёта: Cкм=ПДКм×ЭТ ,

J

где Скм – допустимая концентрация микроэлементов в оросительной воде Мг/л;

ЭТ – эвапотранспирация (транспирация растений и испарение с поверхности почв), мм;

J – средневзвешенная по севообороту оросительная норма нетто, мм;

ПДКм – предельнодопустимая концентрация микроэлементов, мг/л.
  1. Санитарно-гигиеническая оценка качества сточных вод, используемых для орошения, приводится в таблице приложения №1.

При полном соответствии сточных вод требованиям, приведённым в таблице приложения №1, возможно их применение без дополнительных мер по охране людей, животных и почв, в случае неполного соответствия, их использование необходимо ограничить или прекратить.

Удобрительная ценность ОСВ

Первые опыты по изучению удобрительной ценности канализационного ила (ОСВ) были проведены П.С. Севастьяновым (1931-1937), который пришёл к заключению, что осадки сточных вод могут приравниваться к навозу и минеральным удобрениям. Аналогичные выводы сделаны и другими авторами (Шванская Л.П., 1938, Беляк Б.И., 1955, Львович А.Н., 1965).

По данным Э.Рюмбензам и Э.Рау (1969), в ОСВ содержание общего азота и фосфора в 1,5-2 раза выше, чем в навозе КРС, а именно эти элементы определяют ценность любого вида удобрений.

Высокое содержание элементов питания в ОСВ подтверждает работа О.Д.Архип (1979). Изученный им ил с городских очистных сооружений содержал в % на сырой вес: N общий – 0,8; Р2О2 – 0,9; К2О – 0,4; нитратный азот – 6,4 мг/100; аммиачный азот – 457 мг/100; подвижной фосфор – 542 мг/100 г массы.

В технологическом цикле очистки сточных вод получаются различные типы осадков, которые по своим удобрительным качествам могут резко отличаться друг от друга. Для обезвоживания ОСВ могут использовать известь, хлорное железо. В этом случае они обогащаются кальцием, железом, а иногда магнием (Туровский И.С., 1982).

Колебания в содержании основных элементов питания в ОСВ (Горохова С.Г., 1981), Капелькина Л.П., 1984, Алексеев Ю.В. и др. 1986, Кардиналовская Р.И., 1986) составляет: по азоту 0,8…6%, фосфору 0,6…5,6%, калию 0,1…0,5%. Примерно такие же данные приводят учёные США и Канады: азот 1,1…7,6%, фосфор 1,3…8,0%, калий 0,1…0,3% (Schfafer K., Kick H., 1970).

Несомненным достоинством ОСВ является высокое содержание органического вещества – до 75% (Schultz W., 1951, Janson S., 1963, Туровский И.С., 1977). Высокая оценка органического вещества дана и в работе М.М. Кононовой (1969), в которой отмечено, что органическое вещество в значительной мере определяет направления процесса почвообразования, биологические, химические и физические свойства почвенной среды.

Поверхностное применение компостированных осадков в расчёте 56 т/га увеличивает скорость фильтрации воды на 50% по сравнению с неудобренной почвой. Действие этих осадков сохраняется, по крайней мере, до двух лет.

На выявление питательной ценности ОСВ, их влияния на свойства почв, урожай и качественный состав выращиваемых растений направляют усилия многие американские исследователи. В опытах анализировали периодически содержание питательных веществ в поверхностных стоках, почве и грунтовых водах. Показано, что ОСВ смогут быть хорошим источником питательных веществ для растений при экологически безопасном состоянии среды.

Определённая работа по изучению и использованию ОСВ проводится и в нашей стране. Результаты исследований (Мерзлая Г.Е., Гаврилова В.А., Савельев И.Б., 1991) свидетельствуют о том, что применение ОСВ положительно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. Прибавки урожая пропашных зерновых культур в микрополевом опыте от ОСВ в дозе 30 т/га сухого вещества составили 20-25%. В полевом опыте сбор сена викоовсяной смеси от внесения 10 и 30 т/га ОСВ повысился соответственно на 6,6 и 19,7%.

Мусекаев Д.А. и др. (1987), Котти В.К. (1989) установили, что ОСВ г. Владимир заметно увеличивает сбор клубней картофеля, не способствует накоплению в картофеле токсичных элементов.

Многие авторы (Сергиенко Л.И. и др., 1996) считают, что удобряющий эффект ОСВ, главным образом, определяется наличием в них азота.

Наряду с источником азота ОСВ могут играть важную роль в пополнении запасов фосфора в почве. Высокое его содержание в ОСВ связано с усиленным применением фосфоросодержащих моющих средств в быту, а также тем, что фосфор и его соединения обладают меньшей подвижностью и растворимостью в отличие от калия, который легко вымывается и уносится с очищенными водами (Schfafer K., Kick H., 1970).

Обобщая литературные данные, можно констатировать, что ОСВ обладает высоким удобряющим эффектом при выращивании сельскохозяйственных культур и всё же при их применении должны учитываться климатические условия региона, типы почв, виды осадка и конкретно вид выращиваемой культуры.

Цели и задачи исследований

Основная цель исследования заключается в том, чтобы определить целесообразность утилизации твёрдых фракций коммунальных стоков г.о. Кохма на удобрения.

Для реализации поставленной цели предусматривалось решить следующие частные вопросы:
  1. Выявить динамику формирования вегетативной массы и ассимиляционного аппарата яровой пшеницы;
  2. Определить ход формирования основных элементов структуры урожая при использовании в качестве удобрения под предпосевную культивацию нетрадиционных удобрительных средств;
  3. Выявить действия коммунальных стоков на формирование основной и побочной продукции;
  4. Дать оценку питательной ценности полученного урожая в связи с применением стоков на удобрение;
  5. Провести анализ химического состава урожая, и на основе этого рассчитать вынос питательных веществ с урожаем, нормативы затрат элементов питания для получения единицы продукции;
  6. Провести статистическую обработку урожайных данных и рассчитать экономическую эффективность использования различных фракций коммунальных стоков г.о. Кохма в качестве удобрений.

Агрометеорологические условия

Климат Ивановской области характеризуется как умеренноконтинентальный, с холодной зимой, тёплым летом и прохладной весной. Среднегодовая температура воздуха составляет 2-3,1°С, сумма температур выше 10°С около 1300°С. В среднем за год выпадает 550-660 мм осадков. Средняя температура зимой -10,5°С, летом +17,8°С. Продолжительность безморозного периода 128 дней. Зимой высота снежного покрова достигает 50-60 см (март). Господствующие ветры – южный и юго-западный. Наибольшей эффективности ветры достигают в зимние месяцы. При сухих юго-восточных ветрах в весенне-летний период создаются засушливые условия.

Данные по тепловому режиму и увлажнению показывают, что здесь вполне достаточно тепла и влаги для развития и возделывания основных сельскохозяйственных культур зоны.

Методика проведения исследований

Полевые опыты закладывались в условиях земледельческого стационара опытного поля ИГСХА. Почвы опытного участка дерново-слабоподзолистые, легкосуглинистые, слабокислые, имеющие повышенное содержание подвижного фосфора и среднее содержание обменного калия. Содержание гумуса составляет 1,38%.

Проведены исследования удобрительных свойств твёрдых фракций сточных вод. Сточные воды вносились в предпосевную культивацию 14 мая.

Предпосевная культивация и посев были проведены 21 мая. Предшественником яровой пшеницы был овёс.

Посевы были чистые, поэтому гербициды не применялись.

Опыты проводились по следующей схеме:

Опыт 1:

Без азота

1 контроль

2 ОСВ 10/га

По фону азота

1 контроль

2 ОСВ 10 т/га

Опыт 2:

1 контроль

2 ил песколовки 10 т/га

3 ОСВ 10 т/га

Размещение делянок последовательное, повторность трёхкратная. Площадь делянки 20 м2. ОСВ отбирались на иловых картах очистных сооружений. Внешне ОСВ представляет собой тёмную землистую массу, неоднородную по твёрдым включениям, похожий на полуразложившийся навоз, имеет влажность до 75%. Ил песколовки отобран на втором этапе очистки коммунальных стоков г.о. Кохма при влажности 75-80%. Внешне представляет собой песчано-подобную массу с большим количеством твёрдых органических включений, а также илового конгломерата.

Результаты исследований

Влияние удобрительных средств на структуру урожая яровой пшеницы, 1 м2

Вариант
Общее кол-во, шт.
Кол-во зёрен, шт.
Масса зёрен, г
Масса соломы, г
Соотношение солома/зерно

растений
стеблей
продуктивных стеблей

Опыт № 1

Без азота:

1контроль

ОСВ10т/га

По фону азота:

1 контроль

ОСВ10т/га

Опыт № 2

1 контроль

2 ил песколовки

ОСВ


585

739


377

308


295

364

372


633

780


427

379


325

381

392


532

559


348

333


283

349

357


3800

4767


4450

3700


2375

3824

3975


114

143


178

148


99,9

132,4

149,5


360,8

439,0


553,2

460,8


483,3

532,0

633,3


3,2

3,1


3,1

3,1


4,9

4,0

4,2