Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие промышленного животноводства столкнулось с проблемой накопления жидкого навоза. По данным Росстата за 2006 г., численность поголовья свиней в промышленных животноводческих предприятиях составила 7,3 млн. гол., соответственно количество жидких отходов – продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов (ГСК) составило 18,7 млн. т. в год. Несмотря на высокий агрохимический потенциал, утилизация продуктов ГСК в сельскохозяйственном производстве сдерживается вследствие возможного вторичного загрязнения окружающей среды компонентами отхода. Изучение и реализация природоохранных мероприятий, направленных на снижение антропогенного воздействия агропромышленного комплекса на окружающую среду, проведена автором в рамках «Национального проекта развития АПК России».
Актуальным остается поиск путей снижения техногенного воздействия на окружающую среду отходов промышленного производства и использование их как ценных вторичных материальных ресурсов. В этой связи перспективны разработки бездеструктивных (по биогенным элементам) технологий обработки продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов с последующей утилизацией их в сельскохозяйственном производстве, с использованием реагентов, являющихся отходами производства, таких как фосфогипс. Фосфогипс, как известно, нашел широкое применение в сельском хозяйстве, в качестве мелиоранта. Это указывает на возможность использовать его в технологии обработки продуктов гидросмыва свиноводческих хозяйств с последующим использованием продуктов фракционирования в сельскохозяйственном производстве в качестве комплексных органоминеральных удобрений.
Область исследований – прикладная экология – комплексная оценка влияния промышленных объектов на природные и искусственные экосистемы, разработка и совершенствование методов проектирования технических систем, обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия на живую природу.
Объекты исследования – экосистемы почв, гидросферы, атмосферный воздух, продукты гидросмыва свиноводческих комплексов (на примере свиноводческого хозяйства ООО «Аксайская Нива» Ростовской области), фосфогипс – отход производства фосфорной кислоты и минеральных удобрений.
Цель работы – экологическое совершенствование технологии обработки продуктов гидросмыва свиноводческих хозяйств с применением фосфогипса при минимальном воздействии на природную среду.
Задачи исследований:
1. Установить оптимальные дозы подкисляющего реагента – фосфогипса; экспериментально определить степень дезодорации отходов после реагентной подготовки и скорректировать размеры санитарно-защитной зоны свиноводческих хозяйств;
2. Экологически усовершенствовать технологию обработки продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов, определить технологические параметры работы основных очистных сооружений при обработке ГСК фосфогипсом с использованием программ для ПЭВМ; дать комплексную экологическую оценку влияния получаемых продуктов фракционирования на почвенную и водную биоты, высшие растения;
3. Провести эколого-экономическую оценку технологии обработки продуктов ГСК с использованием в качестве реагентов отходов производства ортофосфорной кислоты и показать ее инвестиционную привлекательность; рассчитать снижение предотвращенного экологического ущерба от загрязнения водных объектов, почв и атмосферы при использовании продуктов ГСК на сельскохозяйственных полях орошения.
Научная новизна работы:
–теоретически и экологически обосновано использование фосфогипса в качестве подкисляющего реагента при обработке продуктов ГСК;
экспериментально установлены оптимальные дозы подкисляющего реагента, включающего фосфогипс, определены технологические параметры реагентной обработки продуктов ГСК;
– экологически усовершенствована технология обработки продуктов гидросмыва свиноводческих хозяйств с применением фосфогипса; изучена динамика изменения численности основных сапрофитных форм почвенных микроорганизмов при обработке продуктов ГСК фосфогипсом; проведена экотоксикологическая оценка получаемых фракций с помощью водной биоты и семян высших растений.
Практическая значимость работы:
– экологически усовершенствована технология обработки продуктов гидросмыва свиноводческих хозяйств для использования в сельском хозяйстве; технология позволяет получить эффективное органоминеральное удобрение и утилизировать отход производства ортофосфорной кислоты – фосфогипс;
– снижена антропогенная нагрузка на атмосферный воздух за счет дезодорации продуктов ГСК, при обработке их фосфогипсом и применением устройств по улавливанию загрязняющих веществ, что позволило сократить размеры санитарно-защитной зоны свиноводческих хозяйств в 2-3 раза;
– даны практические рекомендации производству по внедрению технологии обработки продуктов гидросмыва свиноводческих хозяйств и применению органоминерального удобрения;
– разработаны компьютерные программы для расчета скорости сползания частиц с поверхности полок тонкослойного отстойника, для расчета количества загрязняющих веществ, испаряющихся со свободной поверхности отстойника при заданном химическим составе продуктов ГСК и устройства для их улавливания.
Техническая новизна способа подготовки продуктов ГСК к сельскохозяйственному использованию защищена 4 патентами РФ на способы подготовки жидких отходов свиноводческих хозяйств к сельскохозяйственному использованию. Получены 2 авторских свидетельства РФ об официальной регистрации программ для ПЭВМ. Результаты исследований апробированы на действующем животноводческом предприятии ООО «Аксайская Нива» Ростовской области.
Достоверность результатов научных исследований подтверждена использованием апробированных современных химических, микробиологических, агрохимических и физико-химических методов анализа, с применением методов математического моделирования и статистической обработки данных.
На защиту автором выносятся:
– экспериментально установленные оптимальные параметры процесса реагентного фракционирования продуктов ГСК фосфогипсом;
– экологически усовершенствованная технология подготовки продуктов гидросмыва свиноводческих хозяйств с применением фосфогипса к сельскохозяйственному использованию;
– закономерности роста микроорганизмов при внесении продуктов ГСК в почвенную и водную экосистемы;
– эколого-экономическая оценка технологии обработки продуктов гидросмыва свиноводческих хозяйств и расчет предотвращенного экологического ущерба от загрязнения водоемов, почв и атмосферы.
Апробация работы. Основные положения и результаты доложены и одобрены на X Всероссийской выставке научно – технического творчества молодежи «Научно техническое творчество молодежи, путь к обществу основанных на знаниях (НТТМ 2009)», г. Москва; на Международной выставке инновационных технологий «ИННОВ-2007»; на Международных конференциях в г. Новочеркасске (2005 – 2008), г. Пензе (2007); в ДонГАУ, Ростовской области (2007 – 2008); на ежегодных научных конференциях и семинарах кафедры инженерной экологии и защиты окружающей среды в ЮРГТУ (НПИ) (2005 – 2008).
Материалы по разработанной технологии были представлены на Южной Венчурной Ярмарке (6-8 ноября 2008г.) в г. Ростов-на-Дону и отобраны в ЮРГТУ для участия в Федеральной целевой программе «Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития научно–технологического комплекса России на 2007–2012 годы», в программе «Старт-05».
Работа выполнена в соответствии с научным направлением кафедры инженерной экологии и защиты окружающей среды ЮРГТУ (НПИ) по госбюджетной теме № 012.0001.0024 – «Разработка теоретических основ и высокоэффективных технологий охраны окружающей среды»
Публикации. Материалам диссертации изложены в 21 печатной работе, в том числе 5 статей, включая 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, материалов Международных конференций – 10, получены 4 патента на изобретение РФ и 2 авторских свидетельства РФ об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Работа изложена на 191 страницах машинописного текста, включает 35 таблиц, 39 рисунков и 3 приложения. Список литературы представлен 221 источниками, из которых 5 – иностранных авторов.
