13759 (Использование активного ила в качестве удобрения сельскохозяйственных культур в условиях радиоактивного загрязнения территории)

Введение

Актуальность проблемы

Научно-технический процесс создает человечеству не только различные материальные блага, но и экологические проблемы. Среди них следует особенно отметить накопление отходов и радиоактивное загрязнение поверхности Земли [1,3,9].

Значительные площади сельхозугодий агросферы загрязнены радиоцезием Чернобыльского следа и для получения нормативно «чистой» продукции требуется проведение определенных защитных, достаточно дорогостоящих мероприятий [2,3,4]. На иловых площадках очистных сооружений канализации городов накоплено огромное количество активного ила, образующегося в ходе многоступенчатой обработки городских сточных вод. Почвенный путь утилизации активного ила в качестве удобрения является в мировой практике наиболее приоритетным. [32]. Эффективность активного ила в условиях радиоактивного загрязнения сельскохозяйственных угодий изучена в настоящее время крайне недостаточно. В научной литературе есть сведения об очистке почв от нефтепродуктов с использованием препаратов на основе активного ила (17,32).

Использование активного ила в качестве удобрения сельскохозяйственных культур в условиях радиоактивного загрязнения территории может позволить решить сразу несколько эколого-агрохимических проблем за счет их взаимодействующего синергизма: утилизация активного ила, повышению устойчивости культур и плодородие почв, снижение содержания радиоцезия в продуктах растениеводства. Однако, при использовании активного ила следует строго соблюдать принцип: соответствие активного ила СаНПиН 2.1.7.573-96; ГОСТ Р17.4.3.07-2001 и Типовому технологическому регламенту использования ОСВ в качестве органического удобрения.

Цели и задачи исследований

Целью наших исследований являлось изучение активного ила (АИ) в качестве агрохимического приема по снижению содержания радиоцезия в зерне ячменя на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1.изучение особенностей роста и развития ячменя на радиоактивной дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в условиях внесения в нее различных доз активного ила;

2.определение уровней урожайности ячменя на радиоактивной почве при внесении различных доз активного ила;

3.проведение анализа структуры урожая ячменя;

4.анализ удельной активности зерна ячменя и оценка радиомелиративной эффективности активного ила;

5.оценка экономической эффективности возделывания ячменя на радиоактивной почве в условиях применения различных доз активного ила.

Рабочая гипотеза

Предлагается, что активный ил, содержащий в своем составе макро- и микроэлементы, органическое вещество, микроорганизмы и ферменты, обладает радиомелиоративным свойством за счет повышения урожайности ячменя и возникновения эффекта «разбавления», повышения сорбционной способности почвы и блокировки механизма поглощения радиоцезия ячменём полиэлементным составом АИ.

Место проведения НИР

Научно исследовательская работа проводиласьна экспериментальном участке кафедры сельскохозяйственной радиологии и экологии, расположенного на опытном поле Калужского филиала РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева в 2007 году.

Автор дипломной работы выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, профессору Сюняеву Н.К., за помощь при проведении научных исследований и написании дипломной работы.

1. Современное состояние изученности вопроса (обзор литературы по теме исследования)

1.1 Анализ почвенного пути утилизации активного ила

Многосторонняя хозяйственная деятельность человеческого общества, вооруженного сложной техникой, ныне охватывает практически всю атмосферу, сушу и океан, и вносит значительные количественные и качественные изменения в биологические циклы движения элементов в биосфере, поставив под угрозу ее бесперебойное функционирование и существование самого человека. Например, такие компоненты как мусор, отходы, отбросы в мировом масштабе накапливаются в объеме свыше10 т в год. С ростом численности населения планеты, развитием научно-технического прогресса, интенсифицирующего любой труд, степень воздействия человеческого общества на биосферу в принципе будет возрастать [16].

С одной стороны, все больше добывается полезных ископаемых, заготавливается растительной и животной продукции, используется природных вод для производственных, жилищно-бытовых и сельскохозяйственных целей, вовлекаются в сельскохозяйственный оборот новые площади мелиоративных земель, строятся города и населенные пункты, производственные помещения и так далее, а с другой стороны, хозяйственная деятельность человечества сопровождается накоплением различного рода отходов производства, городского коммунального хозяйства, которые загрязняют природную среду.

Вот почему с особой актуальностью встает задача утилизации возрастающего количества отходов промышленности и городского коммунального хозяйства.

Отходы городского коммунального хозяйства, в том числе и активный ил (АИ) в крупных городах и населенных пунктах порождают массу проблем в связи с их утилизацией.

Существует ряд способов утилизации АИ: 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. В Японии, например, уже в 1981 г. в эксплуатации находилось около 500 установок конечной переработки и за год перерабатывалось около 65*10 м3 сточных вод, при этом количество полученного ила составило около 24*10 м3. Они состоят на 80% из обезвоженного брикета, на 11% из пепла (получаемого в результате сжигания после обезвоживания) и других отходов (сухой или агрегированный ил) в количестве 9%. Указанные отходы (42%) захоранивают в землю, сбрасывают в море (36%), в объеме 15% эффективно используют. Из эффективно используемых отходов 93%о приходится на улучшение лугопастбищных и сельскохозяйственных земель. Главный упор делается на применение канализационного ила в качестве удобрений [15,17].

Имеются способы утилизации АИ посредством их размещения в воздухе. Однако в данной среде можно разместить лишь воду, которая содержится в АИ, а также органические вещества, превращенные в углекислый газ и азотистые соединения. Остальная часть, а именно зола, если речь идет о сжигании, в большинстве случаев остается в почве. Следовательно, почва остается средой наиболее широко используемой для размещения АИ в форме накопления в определенных местах больших объемов ила или же использования их в качестве органического удобрения, модификатора почв [15].

Компостирование бытового мусора и осадка 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 густонаселенных 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% [17].

Исследования показали, что добавление осадка при компостировании отходов создает условия для разложения целлюлозосоставляющих компонентов отходов, в частности позволяет компостировать мусор, содержащий большое количество бумаги. На некоторых компостирующих заводах США благодаря добавлению осадка АИ удается перерабатывать на компост отходы, содержащие до 90% бумаги. В ФРГ для этой цели используют полужидкий осадок влажностью 92-96% (доля его в составе компостируемой массы составляет 10-20%) и частично обезвоженный осадок влажность 50-75% (доля его в массе - 14-34%) [15].

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 ворошения) 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 предприятиях отходы перерабатывают указанным способом [31].

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 высотой около 1,5 м.

В одном штабеле помещается около 700 м3 отбросов, а всего на заводе ежегодно закладывается 16 тыс. м3 мусора. Фекалий вносят в количестве 3 м3 на 5 м3 отбросов. При этом исходная влажность составляет 60-65%, что считается оптимальным для процесса ферментации и получения готового компоста с влажностью не менее 30%.

Для интенсификации компостирования рекомендуетсяприменять активный ил [22].

Крупнейший в Европе мусороперерабатывающий завод, компостирующий бытовые отходы и осадок сточных вод, построен в г. Фленсбург (ФРГ). Производительность его - 400 т компоста в день. На заводе могут перерабатываться отходы города с населением 350 тыс. человек. Технологический процесс начинается с подачи мусора в загрузочную воронку мусородробилки молоткового типа, проходя через которую, масса дробится на куски размером около 200 мм в поперечнике, а затем поступает на магнитный сепаратор. Отдельный при этом металл прессуют в брикеты весом до 40кг и реализуют как вторичный материал. Из магнитного сепаратора масса подается в загрузочные барабаны двух компостерных барабанов длиной 40м, диаметром 3,75м, емкостью 200 т. Туда же поступает осадок сточных вод. Компостирование длится 24 часа при непрерывном вращении барабанов со скоростью 1,25 об/мин. В результате саморазогрева мусора температура в барабанах повышается до 60С°, при этом погибают болезнетворные микроорганизмы, яйца гельминтов и семена сорных трав. Биометрический процесс в аэробных условиях при постоянной подаче свежего воздуха. Отсасываемый из барабанов воздух очищается в земляном фильтре. В конце барабана помещены два грохота с ячейками различных размеров для отделения некомпостируемых примесей, составляющих 20-30% от веса мусора. Затем компост измельчают и выгружают на специальную площадку для дозревания, где он минерализуется в течение 90 дней.

Завод перерабатывает весь мусор и отстой сточных вод г. Фленсбург, который раньше сбрасывали в Балтийское море. По составу питательных веществ изготавливаемый компост близок к навозу, а по количеству извести превосходит последний [22].

В итальянских городах (Болонье, Ферраре, Мадене, Барии и др.) организованы центры, занимающиеся сбросом отходов и их компостированием. При помощи специального оборудования производится просеивание, перемешивание отходов и их укладка в штабеля. Процесс приготовления компостов продолжается 6-12 месяцев. К городскому мусору добавляют отходы мясной и рыбной промышленности, масличного производства, виноделия, осадок сточных вод, опилки, древесную кору. Благодаря этому содержание азота в компостах повышается до 4%, фосфора - до 3%, калия - до 2%. При компостировании отходов в штабелях добавляют бактерии в расчете 700 тыс. живых клеток на 1г компостируемой массы, из них 10-20% приходится на актиномицеты и стрептомицеты [39].

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 природная среда.

Ученые отмечают, что современное производство традиционных органических удобрений в Чехословакии покрывает лишь 70% потребности пахотных земель в органических веществах. Поэтому использование всех возможных дополнительных источников органических веществ является настоятельным требованием времени.

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 определенных природных и производственных условиях. Благодаря экономической выгоде, которую приносит непосредственно удобрение илом его потребителям и поставщикам, а также всему народному хозяйству, указанный способ использования ила признается и применяется во всем мире.

В бывшем СССР общий годовой объем осадков на 1986 год составлял 4-4,7 млн. т по сухому веществу. К 1990 году он должен был увеличиться до 9-10 млн. [30,32,36,37].

Однако уровень использования отходов городов и осадка сточных вод в сельском хозяйстве стран СНГ пока невысок, В почву вносится не более 4-6% осадка сточных вод с очистных сооружений крупных городов. Большая часть отходов вывозится на свалки, создающие опасные очаги загрязнения окружающей среды. При этом безвозвратно теряются содержащиеся в отходах полезные компоненты.

Удобрительная ценность АИ

Значительная часть продуктов полеводства (прямо или косвенно) направляется в пищу человека. Следовательно, выделения человеческого организма должны содержать большие количества азота и зольных составных частей, взятых растениями из почвы. Сравнительно с испражнениями травоядных, отбросы человеческого организма должны быть процентно богаче (считая на сухое вещество) азотом и фосфорной кислотой, во-первых, потому, что пища человека богаче белками, чем корм травоядных.