Содержание к диссертации
Введение
1. Экотоксикологическая оценка антропогенного воздействия на окружающую среду 6
1.1. Биотестирование поверхностных и сточных вод 10
1.2. Биотестирование почв и снежного покрова 25
1.3. Критерии экотоксикологической оценки объектов окружающей среды (почв, поверхностных вод, снега, донных отложений) 29
Заключение к главе
2. Объекты и методы исследования 33
2.1. Юрьевецкий птицеводческий комплекс как источник загрязнения окружающей среды 33
2.1.1. Характеристика объекта исследования 33
2.1.2. Отходы производства 41
2.1.3. Характеристика непищевых и твердых отходов птицеводческих комплексов 43
2.1.4. Загрязнения атмосферного воздуха птицеводческими комплексами 48
2.1.5. Загрязнение сточных вод птицеводческим комплексом 53
2.2. Методы исследования 60
2.2.1. Определение токсичности почв и снежного покрова 60
2.2.2. Методика определения острой токсичности почв 61
2.2.3. Методика определения хронической токсичности почв 63
2.2.4. Методика определение острой и хронической токсичности снежного покрова 64
2.2.5. Методика определения острой токсичности с Daphnia magna 65
2.2.6. Методика определения хронической токсичности с Daphnia magna 66
2.2.1. Методика определение острого токсического действия с Ceriodaphnia offmis 66
2.2.8. Методика определения хронической токсичности с помощью Ceriodaphnia offmis 68
2.2.9. Методика определения острой токсичности с семенами культурных растений 68
2.2.10. Методика определения хронической токсичности стоков с семенами культурных растений 69
2.3. Улучшение качества воды хозяйственно-бытового назначения 69
2.3.1. Методы умягчения воды 69
2.3.2. Методы обезжелезивания воды 79
2.4. Использование пероксида водорода как экологически чистого окислителя 86
Заключение к главе
3. Оценка воздействия Юрьевецкой птицефабрики на окружающую среду методами биотестирования 100
3.1. Оценка экотоксичности почв и снежного покрова 100
3.1.1. Методика определения острой и хронической токсичности почв 101
3.1.2. Методика определение острой и хронической токсичности снежного покрова 102
3.1.3. Результаты исследований экотоксичности почв и снежного покрова в зоне Юрьевецкой птицефабрики 102
3.2. Экотоксикологическая оценка работы очистных сооружений птицефабрики
3.2.1.Экотоксикологическая оценка стоков Юрьевецкой птицефабрики
3.2.2. Экотоксикологическая оценка вод хозяйственно-питьевого назначения методом биотестирования 114
Заключение к главе
4. Снижение токсичности стоков и повышение качества вод хозяйственного-бытового назначения 118
4.1. Улучшения качества воды хозяйственно-бытового назначения 118
4.2. Улучшение качества сточных вод 132
4.3. Влияние Н2О2 на токсичность стоков птицефабрики 140
Заключение к главе
5. Организация экотоксикологического мониторинга на крупных птицеводческих комплексах как инструмента экологического управления и внутреннего экологического аудита 154
5.1. Формулирование целей и задач экотоксикологического мониторинга 158
5.1.1. Оценка текущей экологической ситуации на предприятии 158
5.1.2. Идентификация природно-техногенных ландшафтов, подверженных воздействию агропромышленного предприятия, идентификация возможных экологических эффектов 165
5.1.3. Определение приоритетных экологических аспектов деятельности крупного агропромышленного предприятия - целей и задач экотоксикологического мониторинга 166
5.2. Планирование системы экотоксикологического мониторинга 167
5.2.1. Определение объектов экотоксикологического мониторинга 167
5.2.2. Отбор тест-организмов и методик биотестирования, разработка рекомендаций по экотоксикологическому контролю ОПС 167
5.2.3. Разработка I отбор критериев экотоксикологического мониторинга - целевых показателей, характеризующих острую и хроническую экотоксичность 169
5.2.4. Разработка программы экотоксикологического мониторинга 170
5.3. Организация и осуществление экотоксикологического мониторинга на крупном агропромышленном предприятии 171
5.4. Разработка и реализация ПДООС для предприятия 175
5.5. Оценка и анализ природоохранной деятельности агропромышленного предприятия по результатам экотоксикологического мониторинга 178
Заключение к главе
Выводы 182
Библиография 182
- Биотестирование поверхностных и сточных вод
- Характеристика объекта исследования
- Результаты исследований экотоксичности почв и снежного покрова в зоне Юрьевецкой птицефабрики
Введение к работе
Актуальность работы. В течение последних 20 лет в России осуществляется интенсивный переход птицеводства на промышленную основу. В настоящее время, крупные птицеводческие комплексы являются предприятиями различного направления (птицефабрики, птицесовхозы, госплемптицезаводы, племптице-совхозы и прочие) и различной мощности (по производству мяса и яиц), продолжается проектирование и строительство новых объектов практически во всех регионах.
Птицеводческие комплексы - крупные многофункциональные агропромышленные предприятия, технологический процесс которых охватывает полный цикл производства - от выращивания птицы до выпуска готовой продукции (продуктов питания). Птицеводческие комплексы по степени воздействия на окружающую среду обычно относят к загрязнителям среднего действия. Однако, это специфические загрязнители, характерной особенностью которых является эмиссия в окружающую среду биогенных элементов. Непринятие соответствующих мер по утилизации и обезвреживанию отходов привело к тому, что многие птицефабрики в настоящее время стали источниками загрязнения окружающей природной среды, тем самым наносят серьезный экономический, экологический и социальный ущерб. Газообразные, жидкие и твёрдые отходы птицеводческих комплексов — высококонцентрированные гетерогенные системы, содержащие широкий спектр органических веществ и продуктов их метаболизма. Химический состав подобных отходов установить трудно, а, следовательно, сложно выявить приоритетные экотоксиканты, дать адекватную характеристику ксенобиотического профиля среды, реального и потенциального экологического риска. Главный недостаток химических методов исследований состоит в том, что результаты анализов и значения ПДК сами по себе не свидетельствуют о степени экотоксичности. Поэтому разработка принципов оценки техногенного воздействия птицеводческих комплексов на окружающую природную среду и системы организации экологического мониторинга является в настоящее время актуальной проблемой.
Цели и задачи исследований. Цель настоящей работы - провести эко-токсикологическую оценку воздействия птицеводческих комплексов на ОПС и разработать научно-практические рекомендации по снижению техногенной нагрузки и внедрению новых систем экологического мониторинга и управления.
Поставленная цель определила следующие задачи:
- выбрать и апробировать экспериментальные методы и критерии эко-токсикологической оценки ОПС в зоне действия птицеводческого комплекса;
- провести анализ состояния объектов окружающей среды методами биотестирования;
- осуществить постадийный экотоксикологический контроль процессов водоподготовки технологической воды и очистки сточных вод;
- разработать практические рекомендации по водоподготовке и усовершенствованию работы очистных сооружений;
- разработать основные рекомендации по внедрению системы экологического мониторинга на крупных птицеводческих комплексах.
Научная новизна работы. В работе впервые реализован комплексный подход, в котором оценка техногенной нагрузки птицеводческих комплексов на объекты природной среды осуществляется современными экспериментальными методами экотоксикологического исследования:
- впервые проведена комплексная оценка влияния птицеводческих комплексов на ОПС методами биотестирования с применением различных биосенсоров;
- впервые применены методы биотестирования для постадийного контроля процессов водоподготовки для технологических целей и очистки сточных вод на птицеводческих предприятиях; - дана качественная характеристика реального и потенциального экологического риска воздействия предприятия, обусловленного преимущественно существующей традиционной технологией очистки сточных вод птицеводческого комплекса;
- показана целесообразность внедрения системы экологического управления на крупных многофункциональных птицеводческих комплексах по аналогии с промышленными объектами.
Практическая значимость работы. Показана эффективность применения экотоксикологическои оценки техногенного воздействия на ОПС для крупных птицеводческих комплексов. Результаты работы позволяют: 1) оценивать и прогнозировать возможные изменения объектов ОПС, попадающих в зону воздействия птицеводческих комплексов; 2) выявлять экологические риски возникновения острых и хронических экотоксических эффектов; 3) осуществлять комплексную документированную оценку соблюдения предприятием требований в области охраны окружающей среды, требований международных стандартов и подготовку рекомендаций по улучшению системы экологического менеджмента.
Составлен экологический паспорт предприятия, который выпущен отдельной книгой и передан заказчику - Юрьевецкой птицефабрике.
Результаты работы позволяют выработать научно обоснованные рекомендации по обращению со стоками и отходами крупных агропромышленных предприятий и могут быть рекомендованы при организации эко-токсикологического мониторинга.
Результаты работы могут быть использованы также для экотоксикологическои оценки воздействия сельхозпредприятий, животноводческих комплексов, предприятий пищевой промышленности.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты докладывались: на Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 1999 г.); II Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2002 г.); III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (Владимир, 2004 г.); «Устойчивое развитие и экологический менеджмент» (Санкт-Петербург, 2005г.)
Работа выполнялась в рамках НИР ГС-398 (Столетовские гранты 2003 - 2004) «Интегральная оценка техногенного загрязнения окружающей среды»; ГБ-447. Мин. образования. Развитие и совершенствование регионального учебно-научного эколого-биологического центра с ботаническим участком.
По материалам диссертации опубликовано 11 работ.
Объём и структура работы. Диссертация изложена на 196 страницах машинописного текста, включает 30 таблицы и 18 рисунков. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы. Список литературы содержит 147 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Биотестирование поверхностных и сточных вод
Экосистема - сложная саморегулирующаяся, термодинамически открытая совокупность биотических и абиотических компонентов, объединенных в единое функциональное целое, возникшее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Изменение физико-химических параметров внешней среды под влиянием антропогенного загрязнения может вызвать вымирание целых групп организмов и нарушение трофических цепей как в водных, так и в наземных экосистемах, нередко приводят к их полной деградации (непригодности для обитания живых организмов).
Возрастающее влияние на экосистемы множества факторов физической, химической и биологической природы приводит к тому, что традиционная система получения информации, на основе которой осуществляется оценка экологической ситуации, требующая включения в системы контроля большого количества разнообразных первичных датчиков, не отражает степень токсичности среды для живых организмов.
С точки зрения экологического нормирования действующие в настоящее время природоохранные нормы и правила (ПН и П) являются недостаточными, так как в их основе лежит принцип непревышения концентраций техногенных токсикантов выше предельно допустимых непосредственно в зонах выброса и сброса в каждый момент времени, что достигается путем регламентации скорости поступления загрязнителей в окружающую среду. Эти нормы изначально не предусматривают учета комбинированного и комплексного воздействия загрязнителей на живые организмы и возможности возникновения вторичных кумулятивных эффектов.
Экологическое нормирование предусматривает непревышение предельно-допустимых нагрузок (ПДН) на экосистемы, которые оцениваются методами биоиндикации и биотестирования [23, 56,111].
Наиболее часто для создания адекватной модели реакций экосистем на совокупное воздействие антропогенных факторов используют экотоксикологические эксперименты, в основе которых лежит исследование реакций отдельных организмов на эти факторы - биотестирование [10]. Биотестирование позволяет получить интегральную оценку токсичности объектов окружающей среды для живых организмов на основе различных реакций биотестов - живых организмов, выделенных в лабораторную культуру. Это дешевый и универсальный метод в последние годы широко используется во всем мире для оценки качества объектов окружающей среды [9,24]. В Дании, Германии, Франции, Ирландии, Нидерландах, Великобритании, Норвегии, Бельгии, Швеции, Швейцарии, Канаде, США, Бразилии, Японии, Австралии законодательством предусмотрено проведение токсикологической оценки сточных вод, сбрасываемых в природные водные объекты. В США создано специальное общество по биотестированию вод. Имеется международный стандарт по использованию к качестве биотестов дафний, которым пользуются в 22 странах мира [56].
В нашей стране с 1996 года начат эксперимент по внедрению методов биотестирования сточных вод, сбрасываемых в природные водоемы и подаваемые на сооружения биологической очистки.
В ближайшее время на всей территории Российской Федерации предполагается ввод в действие механизма исчисления платы за загрязнение с учетом токсичности сточных вод, сбрасываемых в поверхностные воды. Санитарными правилами СП 2.1.7.1386-03 вводится нормирование классов опасности отходов для здоровья и среды обитания человека на основаниитоксикологических, санитарно-гигиенических и физико-химических показателей. Это требует создания на предприятиях или в соответствующих экологических структурах специально оборудованных токсикологических лабораторий и обучения персонала методам токсикологического контроля (биотестирования).
В постановке проблемы охраны среды обитания человека часто предлагают исходить из тезиса о невозможности полного предотвращения антропогенного загрязнения даже в условиях так называемых безотходных технологий. Нетоксичные для живого вещества отходы в каких-то определенных пределах пока что, по-видимому, неизбежны вследствие чрезвычайно больших материальных затрат на полную очистку промышленных выбросов и сбросов. Поэтому проблему охраны природы во многом можно рассматривать и как проблему научно обоснованного нормирования и контроля выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.
Один из путей подхода к рассматриваемой проблеме с экологических позиций - разработка и научное обоснование способов биоиндикации антропогенных воздействий на природные экосистемы и составляющие их компоненты. Биоиндикация - это обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. В полной мере это относится и ко всем видам антропогенных загрязнения.
Характеристика объекта исследования
Юрьевецкая птицефабрика - крупное современное многопрофильное предприятие агропромышленного комплекса, введена в эксплуатацию в 1974 году. За 30 лет существования птицефабрики предприятие наращивало объемы производства за счет применения более прогрессивных форм организации труда, улучшения технологии выращивания бройлеров, применения более сбалансированных рационов кормления птицы. В 2003 году предприятие вышло на уровень производства мяса бройлеров: 3,3 млн. голов бройлеров и 5,5 тыс. тонн мяса в живом весе. Птицекомплекс расположен на территории в 40 га, общая земельная площадь - 313 га, в том числе - 150 га пахоты.
Птицекомплекс является предприятием замкнутого цикла и включает в себя следующие цеха:
- цех инкубации мощностью 450 тыс.яйцемест
- цех выращивания ремонтного молодняка на 70 тыс.птицемест; - цех родительского стада на 40 тыс. птицемест;
- цех выращивания бройлеров 24 птичника, из них 22 птичника с напольным содержанием, 2- с клеточным оборудованием;
- убойный цех линия забоя производительностью 3 тыс.голов в час; - цех переработки производительностью до 5 тонн колбасных изделий, копченостей и полуфабрикатов ежедневно.
- кормоцех производство кормосмеси свыше 1 тыс.тонн в месяц
- автопарк в количестве 55единиц техники.
На предприятии имеются: котельный цех, электроцех, стройцех, компрессорный цех, водо-канализационная служба, ветслужба, служба охраны, ремонтная служба, очистные сооружения.
Юрьевецкая птицефабрика имеет четыре площадки:
- основная промплощадка;
- площадка очистных сооружений;
- площадка компостирования;
- площадка агрегатов для приготовления травяной муки.
Все площадки находятся в пределах санитарно-защитной зоны, которая для птицефабрики составляет 1000м (согласно СН 245-71 «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий»).
К югу от птицефабрики на расстоянии 700 м находится пос. Энергетик, к северу на расстоянии 400 м от площадок компостирования находится д. Семеновская, на западе - «Центральная птицефабрика», на востоке - пашня.
Площадки компостирования и очистных сооружений находятся к северу от основной промплощадки.
По климатическим условиям район размещения птицефабрики, в соответствии со СНиП П-А 6-62, относится ко второму климатическому району, П-му «В»подрайону.
Температура наружного воздуха самого холодного месяца (января) равна -11 С (средняя), самого жаркого месяца (июля)равна +23,3 С при абсолютной минимальной, равной -48 С, и максимальной +36 С.
Метеорологическая характеристика и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере для г.Владимира.
Результаты исследований экотоксичности почв и снежного покрова в зоне Юрьевецкой птицефабрики
Загрязнённость снежного покрова характеризует в основном состояние атмосферного воздуха в зимний период.
Известно, что источниками загрязнения снега являются атмосферный воздух, а также подстилающие почвы, осадки сточных вод, лёд и горные породы. Загрязнение снега происходит как во время образования снежинок в облаке и выпадения их на почву, так и в результате сухого осаждения загрязнителей из воздуха и за счёт миграции загрязнителей из подстилающих почв и льда. Исходя из этого, токсичность снежного покрова зависит от продолжительности воздействия указанных источников загрязнения.
Определение острой и хронической токсичности снежного покрова проводили с использованием в качестве биосенсоров Daphnia magna, Ceriodaphnia, семян Кресс-салата, гречихи "Анита" и ячменя "Суздалец".
Определение острой токсичности снега с рачками Daphnia magna и семенами растений проводили также как указано выше.
Оценку хронической токсичности снега проводили с рачками Daphnia magna, семенами ячменя "Суздалец" и гречихи "Анита", как описано выше в главе 2.
Отбор проб почв и снежного покрова произведен с различных участков территории птицефабрики, испытывающих наибольшую техногенную нагрузку (рис. 3.1).
Результаты определения острой токсичности почв на территории птицефабрики представлены в таблице 3.1.1 и рис. 3.2. Как видно из этой таблицы на территории птицефабрики почва не содержит подвижных токсичных компонентов, что является следствием её слабой щёлочности (рН 7,3 - 7,9). При таких значениях рН токсичные для растений и дафний тяжелые металлы (Fe +, А13+ и др.) находятся в виде нерастворимых в воде оксидов или гидроксидов, а нефтепродукты достаточно быстро подвергаются биоразложению, поэтому не накапливаются в почве в токсичных концентрациях. Результаты определения хронической токсичности почв приведены в табл. 3.1.2 ирис. 3.3.
Как следует из таблицы 3.3.2, проанализированные образцы почв, взятых с участков, испытывающих наибольшую техногенную нагрузку, не проявляют хронической токсичности.
Таким образом, техногенная нагрузка птицефабрики на окружающую среду не приводит к деградации почв в зоне влияния предприятия. Экологические функции почв не нарушены, что связано с высокой буферной способностью их, о чём свидетельствует высокое значение рН почв и высокое содержание Са в них.
Результаты определения острой и хронической токсичности снежного покрова на территории птицефабрики представлены в таблицах 3.1.3 и 3.1.4, а также на рис. 3.4 и 3.5.
Из данных таблиц следует:
- наиболее чувствительным биосенсором являются рачки Ceriodaphnia;
- результаты определения токсичности с разными тест-системами удовлетворительно согласуются между собой;
- слабую острую токсичность по отношению к используемым биосенсорам проявляет снег в зоне влияния автотранспорта (пробы №7 и 8);
- слабую хроническую токсичность ко всем указанным биосенсорам проявляет снег, взятый с иловых площадок и биопруда №1, что по видимому связанно с миграцией токсикантов в снежный покров из ила и льда.
Данные экотоксикологического анализа снега свидетельствуют о том что основным загрязнителем воздуха в зимний период на территории птицефабрики являются транспортные средства.
