бесплатно рефераты

бесплатно рефераты

 
 
бесплатно рефераты бесплатно рефераты

Меню

Использование осадка сточных вод - (реферат) бесплатно рефераты

p>Загрязнение сельскохозяйственных угодий кадмием складывается из нескольких составляющих. Во-первых, это атмосферное поступление. В промышленно-развитых районах в среднем в год выпадает 0, 2.... 9кг/км2 кадмия (Петрухин В. А. , 1986). Второй источник поступлений - осадки городских сточных вод. Обширная информация по данному вопросу предоставлена в ряде работ (Покровская С. Ф. , 1981; Гольдфарб Л. Л. , Туровский Н. С. , Беляев С. Д. , 1983; Касатиков В. А. , 1984; Алексеев Ю. В, 1987).

И, наконец, третий источник - это минеральные удобрения. Так, в ФРГ со средними дозами фосфорных удобрений в год поступает 3.... 5 г кадмия на 1га (Sauerbeck D. , 1980). В связи с этим фермы-производители приняли решение о введении нормы на содержание кадмия в удобрениях, которая составляет 90 мг/кг (Stadelmann F. X. , 1983).

Однако, оценивая минеральные фосфорные удобрения и ОСВ как потенциальный источник загрязнения тяжелыми металлами Г. А. Соловьев и А. В. Голубев (1981) подчеркивали, что необходимо исходить из их мобильности и доступности растениям. Она зависит как от рН почвы, содержания органического вещества и сопутствующих элементов, в частности, кальция, цинка, формы кадмия. Среди процессов, играющих важную роль в поступлении кадмия в растения, является диффузия. Чем ниже рН почвенного раствора, тем выше коэффициент диффузии кадмия.

Насыщение почв ионами H+приводит к увеличению диффузии по сравнению с естественными почвами, но внесение кальция снижает подвижность его в почвах (Алексеев А. А. , Зырин Н. Г. , 1980). Исследованиями (Klein-Landenkoff U. , 1986) было доказано, что внесение ОСВ в качестве органического удобрения показало защитные механизмы почвы. Этому способствовало внесение известковых удобрений. Доза 85-170 ц/га снижала поступление кадмия в растения на 20-30%. Другие авторы (Bidwell A. M. , Dowdy R. H. , 1987) отмечали, что внесение в 15 см слой почвы до 25, 2 кг/га кадмия в составе осадков сточных вод (в течение 3-х лет) повысило содержание данного элемента в зерне до 5, 18 мг/кг. Однако, другими исследователями не отмечалось негативное действие кадмия, содержащегося в осадках сточных вод. Так, 39-летние исследования не выявили существенных изменений в химическом составе растений (Wedder M. D. , 1987).

Тяжелые металлы находятся в почве в различной форме. Они могут включаться в твердую фазу почвы, находиться в виде свободных ионов в почвенных растворах, в виде растворимых органоминеральных комплексов или адсорбированными на коллоидных частицах. Сульфокислоты образуют растворимые хелаты металлов в широком диапазоне рН, увеличивая, таким образом, их растворимость. Эти комплексы, обычно, более стабильны, чем аналогичные комплексы гуминовых кислот (Kieken L. , 1983), которые также играют роль депонента тяжелых металлов. Поступление тяжелых металлов в растения зависит от многих факторов. Имеются данные, позволяющие вывести определенную закономерность между накоплением и принадлежностью к семейству, биологическими особенностями вида, сорта. По данным Kuboi T. , Noguchi A. (1986), наиболее устойчивыми к накоплению кадмия оказались бобовые. Умеренно накапливали этот ион злаковые, лилейные, тыквенные и зонтичные. Большие концентрации кадмия отмечались у крестоцветных, пасленовых, сложноцветных, маревых. Однако, такое деление оказалось довольно условным. Испытание разных доз кадмия (от 1 до 300 мг/кг субстрата) показало, что внутри каждой группы каждого семейства наблюдается устойчивость к данному элементу. Турнепс не проявлял признаков токсикоза даже при максимальной дозе, в то время как репа уже при 30 мг/кг проявляла признаки токсикоза. М. С. Паниным (1980) предложен несколько иной подход к данной проблеме, но основывающийся опять-таки на способности накопления того или иного элемента растениями. По его данным, по среднему уровню накопления определенного элемента в теле растения по отношению к разным ионам разные семейства можно расположить так: Со сложноцветные, злаковые, лебедовые, розоцветные, бобовые; Си сложноцветные, злаковые, лебедовые, бобовые, розоцветные, крестоцветные; Mo бобовые, злаки, сложноцветные, крестоцветные, гречишные.

По реакции сельскохозяйственных растений к различным металлам существует также и сортовая специфичность, которая закреплена генетически.

Исследованиями Brune H. (1984) было показано, что 10 сортов салата, выращиваемых в песке при одинаковой концентрации кадмия в питательной среде, равной 0, 1 мг/л, накапливали разное количество кадмия - 0, 4 до 26 мг/кг. У растений в условиях загрязнения интенсивно работают механизмы защиты, которые предохраняют до определенного момента надземные органы от поступления избыточного количества тяжелых металлов (Ильин В. Б. , Степанова М. Д. , 1980). При всем этом действие токсикантов при высокой их концентрации может все же усиленно проникать в растения. Однако степень накопления в различных частях растений будет различная (Ильин В. Б. , Гармаш Г. А. ,1981).

Наиболее сильно идет накопление свинца в корневой системе, причем количество ионов металла может превышать контроль более, чем в 7 раз. В меньшей степени его накапливают листья и репродуктивные части растений. Это объяснимо тем, что в процессах метаболизма в растениях образуются разнообразные органические соединения с хелатирующими свойствами. При проникновении ионов тяжелых металлов в корни происходит их связывание и, как следствие, снижение подвижности. Таким образом, имеющиеся научные материалы отечественных и зарубежных исследователей свидетельствуют о том, насколько сложна данная проблема. В мире идет интенсивный поиск путей утилизации возрастающего количества осадков городских сточных вод–продуктов жизнедеятельности человека, а так же других видов отходов городского коммунального хозяйства. Имеющиеся литературные данные по вопросам использования ОСВ в качестве удобрений нельзя автоматически переносить не наши почвенно-климатические условия, а по отдельным разделам, например, влияние ОСВ на состав почвенных растворов и т. д. материалов практически не имеется. С учетом вышеизложенного, целью наших исследований было изучить возможности использования осадков сточных вод г. Курска в качестве удобрений.

    Глава 2. Методика и условия проведения исследований.
    2. 1 Методика исследований

Исследования проводились на опытном поле Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И. И. Иванова в 1996-1998г. г. Почва темно-серая лесная среднесуглинистая.

Полевые исследования проводились по следующей схеме (табл. 1) Таблица 1

    1. Схема проведения опыта:
    Контроль (без удобрений, без ОСВ)
    20 т/га ОСВ
    20 т/га ОСВ + N30P30K30
    20 т/га ОСВ + N60P60K60
    20 т/га ОСВ + 5 т/га извести
    N60P60K60

В полевых опытах размещение вариантов было рендомизированным методом. Повторность опыта шестикратная. Размер делянок 1, 0 м х 1, 0 м = 1 м2. В исследованиях использовали методики, принятые в опытах по растениеводству, земледелию, почвоведению и агрохимии.

    Перед закладкой опыта проводили анализ почвы:
    а) Содержание гумуса в почве – по Тюрину;
    б) рН солевой вытяжки – потенциометрическим методом;
    в) Гидролитическая кислотность (Нг) – по Каппену;

г) Сумма обменных оснований (Sосн. ) – по Каппену-Гильковицу; д) Степень насыщения основаниями – расчетным способом (Практикум по агрохимии, 1987); е) Подвижные: фосфор (Р2О5) и калий (К2О) – по Чирикову;

    ж) Общий азот – по Къельдалю;
    и) Азот щелочногидролизуемый – по Корнфилду

Все перечисленные выше методы описаны в следующих учебных пособиях и практикумах: “Агрохимические методы исследования почв” (1965); “Практикум по почвоведению” (И. С. Кауричев, 1973); “Руководство по химическому анализу почв” (Е. В. Аринушкина, 1970); “Практикум по агрохимии” (Л. В. Петербургский, 1968; А. С. Радов и др. , 1985; Б. А. Ягодин и др. , 1987).

Тяжелые металлы в ОСВ и почве (цинк, медь, никель, кобальт, хром, свинец), а также в растениеводческой продукции (кадмий, свинец, цинк, медь, ртуть, мышьяк) определяли по Е. Сенделу, 1996г.

Доза внесения ОСВ и минеральных удобрений подобраны таким образом, чтобы не допустить загрязнения почвы тяжелыми металлами и из расчета поддержания бездефицитного баланса гумуса. Возделывались сельскохозяйственные культуры со следующим чередованием их в звене севооборота: 1) клевер; 2) озимая пшеница; 3) кукуруза.

Осадка сточных вод было внесено 20 т/га, минеральных удобрений из расчета N30P30K30 и N60P60K60 в зависимости от варианта опыта и извести –5 т/га. Осадок сточных вод, минеральные удобрения (аммиачная селитра, двойной суперфосфат, хлористый калий), известь вносили по квадратам, весной вручную под перекопку лопатой на глубину 30 см. Норма высева озимой пшеницы– 5 млн. всхожих зерен на 1 га; кукурузы – из расчета 70 тыс. растений на 1 га и клевера – 15 кг на 1 га. Для клевера красного определяли высоту растений и урожайность. Определяемая структура урожая зерновых –высота растений, продуктивная кустистость, длина колоса, число колосков и зерен в колосе, масса 1000 семян, масса надземной и незерновой части. Анализы проводили в фазу восковой спелости зерна по среднему образцу, взятому в течение одного дня с двух рядков длиной 55, 5 см в местах по диагонали делянки (с 1 кв. метра) в двух несмежных повторениях.

По кукурузе определяли высоту растений, длину, количество и массу початков на одно растение перед уборкой в двух несмежных повторностях, для чего отбирали на двух средних рядках подряд 20 растений.

Технологические и физиологические качества зерна озимой пшеницы (натура, стекловидность, масса 1000 зерен, количество сырой клейковины и массовую долю влаги) определяли согласно методике, рекомендованной Госкомиссией по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур.

Изучали не только действие ОСВ в год внесения, но и его последствие в течение двух лет.

В период вегетации проводили ручную прополку и рыхление междурядий у кукурузы. Для определения элементов структуры урожая по зерновым отбирали пробные снопы. Учет урожая– весовым методом.

Сорта и гибриды, высеваемые в опыте: клевер красный – Макаровский местный; озимая пшеница – Мироновская 808; кукуруза – Коллективный 181 (приложение 2). Экспериментальные исследования проводили на кафедре неорганической и аналитической химии и межфакультетской химической лаборатории Курской ГСХА, государственной станции агрохимической службы “Курская”, а также испытательной химико-технологической лаборатории Курского центра стандартизации, метрологии и сертификации.

Полученные экспериментальные данные во всех опытах обработаны методом дисперсионного анализа на ЭВМ.

    2. 2 Условия проведения опытов
    2. 2. 1 Краткая характеристика почвенных условий

Курская область расположена на западе Центрального Черноземья и относится к Средне-Русской провинции лесостепной зоны, для которой характерны два типа почв: черноземы и серые лесные почвы. Почвенный покров повсеместно сформировался на лессовидных отложениях суглинистых по гранулометрическому составу и богатых основными элементами питания. Физические и химические свойства лессовидных пород способствуют образованию на них плодородных почв. В области Черноземы занимают 1460 тыс. га или 74%, а серые лесные почвы – 482 тыс. га или 24, 5% (Муха В. Д. и др. , 1992). На долю светло-серых лесных почв на территории области приходится 3, 6%, а серые и темно-серые лесные почвы занимают 10, 4 и 10, 6% соответственно. Поскольку исследования проводились на темно-серой лесной почве, то остановимся на ее характеристике более подробно.

По своим физическим и химическим свойствам и уровню плодородия серые лесные почвы значительно отличаются от черноземов. Они имеют повышенную кислотность и нуждаются в известковании. Пахотный слой имеет распыленную структуру, поэтому при увлажнении почвы заплывают и при высыхании на поверхности образуют корку. Период физической спелости у них значительно короче, чем у черноземов, что создает дополнительные организационные трудности при их обработке. Среди лесных почв лучшими и наиболее распространенными на территории области являются темно-серые лесные. По своему строению, свойствам и плодородию темно-серые лесные почвы стоят близко к черноземам оподзоленным. Гумусовый горизонт темно-серых лесных почв значительно мощнее, чем у серых и колеблется от 40 до 60 см. Гумуса в пахотном слое темно-серых лесных почв содержится 3-5%, фосфором и калием растения на этих почвах обеспечены средне, а азотом недостаточно. Они пригодны для возделывания всех полевых культур, районированных в зоне (Д. А. Лепнев, 1968).

Опытный участок расположен на водоразделе. Рельеф опытного участка ровный, склон северо-восточной экспозиции не превышает 1-2°, имеются незначительные микропонижения. Почвенный покров однородный и представлен темно-серыми лесными почвами среднесуглинистого гранулометрического состава.

Водопрочность структуры и водопроницаемость почвы невысокая, поэтому она склонна к уплотнению и заплыванию.

Почва по содержанию гумуса относится к слабоокультуренным. Процент гумуса и общего азота резко уменьшается по профилю. Реакция почвы пахотного слоя (рН) меньше 5, а с глубиной несколько возрастает. В пахотном слое довольно значительна величина гидролитической кислотности и низкая величина суммы обменных оснований, степень насыщенности почв основаниями возрастает по профилю. Величина гидролитической кислотности соответствует почвам средней нуждаемости в известковании. Обеспеченность подвижными формами фосфора и калия высокая и повышенная, поэтому они не являются лимитирующим фактором.

2. 2. 2 Агроклиматические ресурсы и метеоусловия в годы проведения опытов

Рост и развитие сельскохозяйственных культур в значительной степени зависит от погодных условий, складывающихся в период вегетации растений. Климат Курской области умеренно-континентальный. Годовой приход солнечной радиации равен 89 ккал/см2. По сезонам это тепло распределяется следующим образом: зима – 7, весна – 29, лето – 40 и осень – 13 ккал/см2. Годовая сумма осадков составляет 533-640 мм. , но их распределение неравномерно и в отдельные годы наблюдаются засухи и суховеи, которые при цветении растений оказывают отрицательное влияние. На теплый период с преобладанием жидких осадков приходится 65%, а на холодный с преобладанием твердых осадков 35% их годового количества.

Сумма активных температур воздуха (2300-2450°С) достаточна для выращиваемых сельскохозяйственных культур. По данным метеостанции Курск, расположенной в 4 км от опытного поля, среднегодовая температура воздуха составляет 5, 4°С с колебаниями от 3, 8 до 7, 3°С. Самым холодным месяцем является январь, среднемесячная температура которого –8, 6°С, а самым теплым – июль со среднемесячной температурой 19, 3°С. Продолжительность теплого периода со среднемесячной температурой выше 0°С (с 27 марта по 11 ноября) – 229 дней, вегетационного со среднемесячной температурой выше 5°С (с 13 апреля по 18 октября) – 188 дней, период активной вегетации со среднесуточной температурой выше 10°С равен 152 дням (с 29 апреля по 27 сентября). Средняя дата последнего весеннего заморозка 27 апреля, а первого– осеннего 9 октября. Температура воздуха за время проведения опытов была различна. Так, например, средняя температура воздуха за 1996 г. ниже на 0, 2°С или 4, 7%; за 1997 г. выше на 0, 1°С или 1, 8% и за 1998 г. уже выше на 0, 7°С или 12, 9% по сравнению со средней многолетней соответственно. Осадки по годам проведения опытов распределились неравномерно. В 1996 г. выпало 580 мм осадков, что приблизительно соответствует среднему многолетнему значению. В 1997 г. осадков выпало 767 мм, что на 30, 6% больше, по сравнению со средним многолетним значением, а в 1998 г. осадков выпало 681, 5 мм, что на 16, 1% выше среднего многолетнего значения.

Метеорологические условия в годы проведения исследований представлены в приложении №1.

Глава 3. Технология переработки промышленных и коммунальных стоков на очистных сооружениях г. Курска

    3. 1. Характеристика очистных сооружений г. Курска

Очистные сооружения мощностью 150000 м3включают сооружения, обеспечивающие механическую и биологическую очистку. По проекту сточные воды должны содержать загрязнения в концентрации по биологическому поглощению кислорода (БПК)– 278 мг/л. Сточная вода отвечает этим требованиям. Биологическая очистка включает в себя:

адсорбцию загрязняющего воду вещества на активном компоненте; минерализацию загрязнений микроорганизмами в аэробных условиях. Первый процесс длится около 10-15 минут, а второй довольно длительное время. При работе аэротенка через него медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом. Подача воздуха производится воздуходувными машинами через фильтростные пластины. Кислород воздуха способствует жизнедеятельности микроорганизмов, частично подавляя развитие патогенных микроорганизмов. Аэрация способствует также большему контакту активного ила с загрязнениями. Одним из основных условий работы аэротенков является получение бактериального хлопка активного ила, способному к быстрому уплотнению, осаждению и отделению от очищаемой жидкости. Активный ил в аэротенках образуется за счет суспензии сточной жидкости, адсорбции коллоидов и размножения на этом субстрате микроорганизмов. Основную часть активного ила составляют бактерии. На 1 г активного ила приходится 1012бактерий. Видовой состав бактерий зависит от характера загрязнений. Кроме бактерий в иле находятся одноклеточные организмы и более сложные организмы–коловратки, черви. При нормальной работе аэротенка бактерии и простейшие находятся в равновесии. Нарушение равновесия–это сигнал предупреждения ухудшения работы аэротенка. Наиболее благоприятным условием для процесса очистки в аэротенках является соотношение в поступающей воде: БПК: N: Р = 100: 5: 1.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5