Введение к работе
Актуальность исследования. Научно-технический прогресс, улучшая качество жизни человека, одновременно порождает экологические проблемы. Одной из главных экологических проблем существования и развития современных городов является утилизация хозяйственно-бытовых 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 водопроводно-канализационного 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.
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 научно-обоснованный 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 научно-исследовательской 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 физико-химический 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 эколого-агрохимическую, санитарно-гигиеническую 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 эколого-экономическую 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»;
–эколого-агрохимические, санитарно-гигиенические 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;
–эколого-экономическое 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 научно-практической конференции «Актуальные вопросы применения удобрения в сельском хозяйстве» (Владикавказ, 2005); Международной научно-практической 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.
