Автореферат (1151711), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В Российской Федерации ежегодно образуется более 130 млн. т отходов, общее количество которых, накопленных на зарегистрированных площадках их временного и постоянного размещения, к настоящему времени составило более 2 млрд. т, а площадь захоронений, без учета несанкционированных свалок, превысила 22 тыс. га (Панкеев И.А., Рыбальский Н.Г. и др. 2003). Современные крупнотоннажные производства продуктов питания путем экстракции из биологического материала имеют наибольшие объемы различных отходов. Так, при производстве сахара из сахарной свеклы с фильтрационными и транспортно-моечными отходами теряется до 30% сырья, а значит и аккумулированной в нем энергии. Уровень вовлечения осадков сахарного производства в оборот не достигает 20%: фильтрационный осадок используется на 17%, а транспортно-моечный – на 15% (В.А.Чубукин, Н.А.Климахин, Ю.К.Маслов и др. 1982).

Таким образом, в решении проблемы повышения почвенного плодородия значительная роль может принадлежать использованию органических отходов, содержащих большое количество аккумулированной энергии. Один из путей использования этой энергии – превращение органосодержащих отходов в удобрительно-мелиорирующие смеси с заданными для конкретной почвы параметрами. Поэтому нами была поставлена задача вовлечения в сельскохозяйственное производство отходов сахарной промышленности, в частности фильтрационного осадка, который имеется в значительном количестве и практически на сегодня не востребован.

Во второй главе «Возможность и целесообразность использования отходов сахарной промышленности для повышения плодородия почв» рассмотрен технологический процесс производства сахарного песка из сахарной свеклы и даны характеристики отходов, различающихся по своему составу, возможности и способам их дальнейшего использования.

В настоящее время по данным Союзроссахара работают 27 сахарных заводов. Суточный объем производства сахара составляет около 5,6 тыс. тонн. В соответствии с особенностями технологии переработки 1000 т свеклы образуется около 830 т сырого жома, 50 т мелассы, 120 т фильтрационного осадка, 150 т транспортно-моечного осадка, 14 т отсева известнякового камня, 2500-3500 т сточных вод, свыше 30 т свекловичных обломков (Е.И.Сизенко,1999).

В практике сельского хозяйства достаточно широкое применение нашли все основные отходы свеклосахарного производства. Жом, составляющий основную долю отходов в свеклосахарном производстве – ценный и хорошо усвояемый корм. Фильтрационный осадок (дефекат) также можно использовать в сельскохозяйственном производстве. Вследствие высокого содержания кальция он может использоваться в качестве известкового материала. Учитывая, что наряду с карбонатами, кальций в нем представлен и формой Ca(OH)₂, нейтрализующий эффект дефеката выше, чем известняковой муки. Кроме того, данный отход содержит органическое вещество, что позволяет рассматривать его как источник пополнения органического вещества в почве. Фильтрационный осадок состоит из 80% углекислого кальция и 20% несахаров на сухое вещество осадка, влажность его около 50%. Элементный состав осадка включает углекислый магний, азот (0,2…0,4% N), фосфор (0,3…0,5% P₂O₅), калий (0,3…0,5% K₂O). Состав дефеката предопределяет возможность его использования в качестве составной части УМС для восстановления плодородия и нейтрализации кислых почв.

Для определения возможного загрязнения фильтрационного осадка тяжелыми металлами выполнены анализы осадков сахарных заводов из различных регионов в аттестованной лаборатории по агрохимическому обслуживанию сельскохозяйственного производства ФГУ «Подвязьевская» Рязанской области. Концентрация большинства из обнаруженных в фильтрационном осадке металлов значительно ниже их нормативного значения (табл. 1).

1. Содержание тяжелых металлов в фильтрационном осадке сахарных заводов

* ГОСТ Р 53116-2008, ГОСТ Р 17.4.3.07-2001

Фильтрационный осадок может быть отнесен к допустимой по степени загрязнения категории веществ, вносимых в почву. Внесение фильтрационного осадка в почву улучшает ее структуру, интенсифицирует разложение соломы в навозе, повышает активность ферментов, содержащихся в почве и т.д. (В.А.Чубукин, Н.А.Климахин, Ю.К.Маслов и др. 1982). Однако применение фильтрационного осадка в качестве удобрения имеет узкий диапазон в силу незначительного количества органического вещества и высокой щелочности. Для расширения области его применения с целью восстановления плодородия деградированных и малопродуктивных почв необходимо изменить ряд параметров дефеката.

В работе предложено использовать фильтрационный осадок в качестве одного из компонентов удобрительно-мелиорирующей смеси (УМС).

Теоретическими предпосылками создания новой удобрительно-мелиорирующей смеси явились:

- наличие органического углерода как источника биогенной энергии для восстановления гумусового запаса почвы;

- создание устойчивой кислотно-щелочной буферной системы;

- повышение микробиологической активности в почве;

- экологическая безопасность.

Удобрительно-мелиорирующая смесь готовилась на основе дефеката Сотницинского сахарного завода Рязанской области, торфа и микробных препаратов в соответствии с рекомендациями Л.В.Кирейчевой и О.Б.Хохловой. Дефекат имеет сильнощелочную среду, pH 9-10 и высокое содержание кальция – до 80%. Для удобрения в смеси содержится недостаточное количество органического вещества (15%) и элементов питания растений, что является основанием для дополнительного внесения органического вещества, в качестве которого был выбран торф. Основные характеристики составляющих органо-минеральной смеси приведены в табл. 2.

2. Состав основных компонентов удобрительно-мелиорирующей смеси на основе дефеката и торфа

Технология приготовления смеси основана на нейтрализации высокой щелочности дефеката за счет увеличения содержания торфа, имеющего кислую реакцию, компостирования смеси с привнесенными культурами микроорганизмов и обогащения композита минеральными удобрениями. Количественный состав компонентов рассчитывался на основе оптимального количества органического вещества (не менее 50%) и показателя кислотности pH 6,5-7,5. Для этого выбраны следующие весовые соотношения: 1 часть дефеката и 3 части торфа при 15% влажности дефеката и 50-70% влажности торфа. Высокое содержание олиго- и моносахаридов в дефекате может вызвать бурное развитие гнилостных бактерий. Для подавления гнилостных процессов в смесь, после внесения торфа и нейтрализации щелочности, следует вносить композицию микроорганизмов на основе молочнокислых бактерий с целью превращения моносахаридов в молочную кислоту, которая является ингибитором гнилостных процессов в органических субстратах.

В исследованиях использованы культуры микроорганизмов, применяемые в производстве кисломолочных продуктов и полученные из коллекции микроорганизмов Московского государственного университета прикладной биотехнологии (В.И.Ганина, С.В.Фильчакова):

- монокультуру молочнокислых палочек Lactobacillus acidophilus, штамм АСТ -41, который зарегистрирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов за номером ВКПМ В-9644;

- смесь штаммов дрожжевых грибов, выделенных из кисломолочных продуктов: штамм SaccharomycescerevisiaeDR4, штамм SaccharomycescerevisiaeDR8, штамм рода CandidaDR10;

- смесь штамма АСТ-41 и кефирной закваски.

Для того чтобы определить правильное соотношение компонентов УМС и выбрать необходимый штамм микроорганизмов в лабораторных условиях нами были проведены тестовые опыты. Подготовлены 3 варианта смеси с разными культурами микроорганизмов. В смесь в качестве индикатора компостирования добавляли сено. Дефекат перемешивался с торфом и сеном в соотношении 1:3:1. Ежедневно измерялся рН смеси (солевой раствор) до достижения значений 6,5 - 7,5, после чего каждый из вариантов смеси обрабатывался раствором молочнокислых бактерий в объемном соотношении 1:1000 (1 литр на 1000 л смеси). Влажность субстрата доводилась до 60% влажности поливом дехлорированной водой. Смесь компостировалась в течение 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре 20-25⁰С до стабилизации рН. Готовая смесь должна быть темно-коричневого цвета, мелкокомковатая, рассыпчатая, однородной окраски. Из трех вариантов компоста, только смесь с добавлением молочнокислых бактерий из смеси штамма АСТ-41 и кефирной закваски через 2 недели достигли уровня рН 6,7 и однородной окраски. Поскольку молочнокислые бактерии смеси штамма АСТ-41 и кефирной закваски представляют собой симбиоз разных микроорганизмов, было сделано предположение, что они смогут адаптироваться к новой среде – почвенной смеси и благоприятно повлиять на неё. Поэтому в качестве микробного препарата была выбрана именно эта смесь.

Таким образом, технология приготовления смеси включала следующие этапы.

1. Дефекат перемешивали с торфом и сеном в соотношении 1:3:1, и через сутки измеряли рН смеси (солевой раствор), через 3 суток измерение рН повторяли. Если рН находится в интервале 6,5-7,5, то смесь обрабатывается раствором микробных препаратов, в нашем случае – смеси штамма АСТ-41 и кефирной закваской.

2. После обработки раствором микробных препаратов, субстрат доводили до 60% влажности и смесь компостировали в течении 2-х недель без доступа света при оптимальной температуре 20-25С и 60% влажности.

В нашем случае содержание тяжелых металлов (ТМ) в дефекате не превышало допустимые значения для осадков сточных вод, при использовании их в качестве удобрений (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 и ГОСТ Р 53116-2008). Это послужило обоснованием для дальнейших исследований эффективности подготовленной смеси.

В третьей главе «Характеристика природных условий Рязанской Мещеры. Выбор объекта исследований» дана краткая характеристика климатических особенностей Мещерской низменности, характеризуемых значительным колебанием температуры и выпадающих осадков в вегетационный период. Основной чертой почвенного покрова является значительная заболоченность дерново-подзолистых почв и широкое распространение болотных торфянистых и торфяных почв, имеющих пониженное значение рН. Дерново-подзолистые, потенциально плодородные почвы занимают около 70% Мещеры. Торфяно-болотные почвы занимают около 20% территории, из которой наиболее ценными являются низинные торфяники.

В качестве объектов исследований было выбрано 2 опытно-производственных участка, расположенных в Мещерской низменности: участок «Тинки II» с постторфянными почвами и участок «Заборье» с деградированными дерново-подзолистыми почвами. Опытно-производственный участок «Тинки II» расположен на болоте Тинки площадью 280 га и находится в опытно-производственном хозяйстве «Полково». Осушительная сеть на участке была построена в 60-х г.г. прошлого века и представлена магистральным каналом длиной 1,2 км, глубиной 2,5-3,0 м, шириной по дну 1,5 м и уклоном дна 0,0015. Осушение позволяет поддерживать уровень грунтовых вод в среднем за вегетацию на глубине 90-120 см от поверхности земли. Осушительная система длительное время не ремонтировалась и не реконструировалась, поэтому сейчас ее состояние можно оценить как неудовлетворительное.

Почвы участка - выработанные торфяники (постторфяные) – характеризуются большей частью повышенной кислотностью, небольшой мощностью гумусового горизонта, низким содержанием доступных для растений питательных веществ и микроэлементов, а также легким гранулометрическим составом и, как правило, наличием подстилающего слоя песка или супеси. По данным анализа почвенного профиля постторфяных почв, изученного в 2009 году, мощность гумусового горизонта составила около 15-25 см. Подпахотный горизонт расположен на глубине 30-40 см и представлен слабовязким мелкозернистым песком. Горизонт 40-110 см песчаный со светлыми включениями кремнезема. Ниже 130 см находится материнская порода, сложенная древнеаллювиальными песками. Наличие в почвенном разрезе на глубине 60-120 см оглеенного горизонта указывает на избыточное переувлажнение.

Характеристики

Список файлов диссертации