Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Эколого-гигиеническая оценка эффективности утилизации сточных вод животноводческих комплексов скользящих полей запахивания

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Эколого-гигиеническая оценка эффективности утилизации сточных вод животноводческих комплексов скользящих полей запахивания"

а

АКАДЕМИЯ НАУК ОЗЕРОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи УДК 628.19 : 628.39

Фокин Юрий Владимирович

" Эколого - гигиеническая оценка эффективности утилизации сточных вод животноводческих комплексов способом скользящих полей запахипиния "

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук в форме

научного доклада

Санкг - Петербург -1995

РОССИЙСКАЯ ИНСТИТУТ

Работа выполнена в Волховской СЭС Ленинградской области

Научный руководитель: доктор химических наук Г.Т. Фрумин

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, мрфессор Ю.В.Ляхин доктор медицинских наук, профн'сор Л.В. Воробьева

Ведущая организация: Санкт - Петербургски!) Государственный

Универсикч

Защита состоится г. в чисов на заседании

специализированного Совета Д.200.10.01 по зщ|Ш1с диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте Озероведения РАН по адресу: 196199, Санкт - Петербург, ул. Севастьяновн, д.9

С диссертацией можно ознакомиться в биП.птгеке Института Озероведения РАН

Автореферат разослан I.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

^ У^'^-^ХЛ^А. БЕЛОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние десятилетия биогенное * и бактериальное загрязнение водных объектов, водотоков, озер и водохранилищ становится одной из наиболее актуальных проблем охраны водных ресурсов. Биогенное загрязнение в результате хозяйственной деятельности на водосборах водных объектов вызывает антропогенное эвтрофирование. Наиболее быстро этот процесс развивается в водоемах, водосборы которых интенсивно осваиваются сельскохозяйственным производством, в том числе полеводством (пропашные культуры, сенокосы, пастбища) и животноводством (фермы и различные животноводческие комплексы). Помимо биогенного загрязнения, при попадании навозных стоков в водоем происходит его загрязнение поликомпонентной органикой и взвесью, постоянно присутствующими в этих отходах, болезнетворными микроорганизмами, опасными дл^ людей и животных, а также микроэлементами (цинк, марганец, кадмий, медь и др.).

В связи с переводом животноводства на промышленную основу удаление навоза превратилось в серьезную и весьма сложную эко-лого-гигиеническую проблему, связанную с необходимостью охраны окружающей среды (особенно открытых водоемов) от загрязнения. Существо проблемы заключается в необходимости радикального снижения поступления отходов животноводства непосредственно в водные объекты. Нерациональное их использование в земледелии приводит к косвенному загрязнению водоемов. При орошении полей жидким навозом возникает опасность загрязнения грунтовых вод, особенно на дренированных почвах. Исследованиями установлено, что перемещение фосфора, содержащегося в жидком навозе, в более

глубокие слои почв происходит быстрее, чем фосфора минеральных удобрений.

Для решения рассматриваемой проблемы используются самые различные организационные и технические решения, призванные обеспечить эколого-санитарно-гигиеническое благополучие окружающей животноводческие комплексы природной среды. К ним в первую очередь относятся отстойные карты, цехи обезвоживания, пруды-накопители, рыбоводно-биологические пруды, аэрационные установки и т.п. Однако, как показал опыт эксплуатации животноводческих ферм и крупных животноводческих комплексов промышленного типа, достаточно эффективные и недорогостоящие системы очистки и обеззаражишшин навозных стоков по существу еще не разработаны. В то же прими практика убедительно доказала, что традиционные способы утилизации твердого навоза, рчистки и обеззараживания промышленных или фекально-бытовых стоков непригодны для навозных стокон, образующихся в результате гидросмыва на животноводческих комплексах и фермах.

В связи с изложенным, правильное решение актуальной проблемы утилизации сточных вод животноводческих комплексов позволило бы рационально использовать для интенсификации земледелия большое количество содержащихся в жидком навозе ценных органических удобрений, с одной стороны, и исключить массовые загрязнения окружающей среды - почвы, воздуха, грунтовых и открытых вод - с другой.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является научное ■■ обоснование и техническая разработка нового способа утилизации сточных вод животноводческих комплексов. Для достижения

этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

I- I

1. Дать научное обоснование новому способу утилизации сточных

вод животноводческих комплексов.

2. Разработать принципиальную техническую схему предлагаемого способа.

3. Провести комплексную оценку эффективности нетрадиционного способа по санитарно-бактериологическим, санитарно-гигиеническим и гидрохимическим показателям.

Научная новизна. На основе проведенных исследований были получены следующие новые научные результаты:

- разработан новый подход к решению проблемы утилизации сточных вод крупных животноводческих комплексов, основанный на естественном способе утилизации навозной массы на "скользящих" полях запахивания, созданных на предварительно дренированных и обвалованных торфяныз^ участках;

I

- показана принципиальная возможность замыкания экологического цикла агробиологического круговорота земля-животные-земля;

- выявлен механизм загрязнения дренажных вод в торфяных почвах при утилизации на них сточных вод, сводящийся к прямому их просачиванию в дрену по деформационным трещинам в дренажной засыпке и увеличению инфильтрации после предварительной очистки стоков ;

- показано, что основным источником загрязнения дренажных вод в торфяных почвах являются восстановительные условия и связанные с ними ионообменные процессы, происходящие во влажном торфе.

Практическое значение. Полученные результаты послужили основой

- б -

для разработки и апробирования в условиях промышленного животноводческого комплекса нового способа утилизации жидкого навоза на "скользящих" полях запахивания, созданных на предварительно дренированных и обвалованных торфяных участках. Использование предлагаемого способа обеспечивает агропромышленную оптимизацию в звене животноводство-земледелие без дополнительных затрат по охране окружающей природной среды и получение большого количества ценных органических удобрений в виде торфонавозных ком-постов. Для практической реализации предложенный способ не требует создания новых машин и оборудования, строительства искусственных очистных сооружений, что предполагает большой экономический эффект.

Положения, выносимые на защиту.

1. Механизм загрязнения дренажных под в торфяных почвах при утилизации на них сточных вод.

2. Новый подход к решению проблемы утилизации сточных вод крупных животноводческих комплексов, основанный на использовании "скользящих" полей запахивания.

3. Результаты комплексной эколого-гигиенической оценки эффективности утилизации сточных вод животноводческих комплексов способом "скользящих" полей запахивания.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: заседаниях Технических советов объединения Лен-мелиорация и ЛеноблСЭС (1975 г.), в Институте Ленгипроводхоз (1977 р.) на расширенном заседании Технического совета при Ленинградской областной СЭС (1978 г.), на заседании Исполнитель-

ного Комитета Ленинградского областного Совета народных депута-

1 !

тов (1978 г.) и в Ленинградском санитарно-гигиеническом институте на кафедре коммунальной гигиены (1979г.). 1

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Механизм загрязнения дренажных вод в торфяных почвах при утилизации на них сточных вод

Торф и торфяные почвы обладают высокой поглотительной способностью, что позволяет использовать массивы торфяников для

I

----- охраны окружакяце^ среды, в частности для очистки^ и утилизации

различных сточных вод. "Живое" торфоболото при заливе большим количеством сточных вод (1000 м3/га) не пропускает водно-растворимые соединения глубже 30-40 см. При этом эти соединения не мигрируют в горизонтальной плоскости. Вместе с тем обычное сельскохозяйственное использование осушенных закрытым дренажем торфяных участков вызывает загрязнение дренажных вод, особенно во влажные периоды года. Наибольшее загрязнение наблюдается при орошении животноводческими стоками. В этой связи предлагается либо совсем отказаться от использования торфоболот для очистки сточных вод, либо на поверхность торфа подсыпать песчаные почвы.

Загрязнение дренажных вод в торфяных почвах обусловлено

следующими причинами. Во-первых, при осушении болот осадка и уплотнение естественной залежи торфа происходит по вертикали без деформационных нарушений в горизонтальной плоскости. У нарушенного и разрыхленного торфа, например, при экскавации во время отрывки дренажных траншей, свойства изменяются. Он лучше уплотняется, снижается его коэффициент фильтрации (особенно у слаборазложившихся торфов), возрастает водоотдача. Эти свойства переработанного торфа способствуют образованию деформационных нарушений и трещин между стенками дренажной траншеи и обратной засыпкой дрен, состоящей из нарушенного торфа. По трещинам сточные воды напрямую поступают в дрену, особенно в первое время эксплуатации осушенного участка. Наибольшее загрязнение дренажных вод происходит на тех участках, где в дренажную траншею с грунтом засыпки попадают корни и другие не разложившиеся древесные остатки, а также снег и смерзшиеся глыбы торфа при строительстве дрен в зимнее время года. Во-вторых, в стадии предварительной очистки и подготовки стоков для орошения снижается их кольматирующая способность. Они становятся более минерализованными, хорошо впитываются в различные почвы и, как следствие этого, могут вызвать загрязнение грунтовых и дренажных вод. В-третьих, в дренируемом слое торфа под действием природных и антропогенных факторов создаются окислительно-восстановительные условия и происходят связанные с ними ионообменные процессы. Эта причина - одна из основных, вызывающих загрязнение дренажных вод.

,Известно, что основу торфа составляют высокомолекулярные продукты распада растений. Основными его кинетическими единицами являются рыхлые, проницаемые для молекул воды и ионов асс'о-

циаты макромолекул. В связи с рыхлостью и проницаемостью ассо-

I

циатов макромолекул торф обладает высокой сорбционной и ионообменной способностью. Ионный обмен происходит как на периферии, так и внутри ассоциатов. При этом величина ионного обмена значительно меньше, чем энергия ионной связи, а обмен ионов происходит без заметных тепловых эффектов. Это свидетельствует о том, что в торфе при наличии свободной влаги с активными центрами взаимодействуют гидратироваиные ионы, а ионообменный процесс носит диффузионный характер.

В естественных условиях торфяные системы находятся в динамическом равновесии (компактная коагуляция гель золь истинный раствор), которое легко сдвигается в любую сторону. В области малых влагосодержаний изменение свободной энергии обмена (энергии Гиббса) имеет отрицательный знак, то есть процесс направлен в сторону поглощения ионов. С увеличением влажности знак заряда

меняется. В ^тот^ериод наблюдается рост диэлектрической прони------

цаемости и диэлектрических потерь, которые увеличиваются с появлением объемных включений воды, вызывающих интенсивную диссоциацию функциональных групп торфа. Вследствие этого возрастает его ионная проводимость. Изменение заряда частиц, а значит и ионной проводимости, может быть вызвано ростом концентрации раствора, а также стеканием ионов на посторонние предметы.

Указанные процессы тесно связаны с окислительно-восстановительными условиями, происходящими в торфе. При затоплении полей в почве создаются восстановительные (анаэробные) условия, на что указывает падение гН.ЕЬ (гН - электрический окислительный потенциал, ЕЬ -, окислительный потенциал) и увеличивается потребность кислорода для окисления восстановленных продуктов.

Эти условия сохраняются и после сброса воды с чеков, почва которых находится еще в переувлажненном состоянии. Наиболее выраженное падение гН и ЕЪ наблюдается в почвах, содержащих легкоразложимые органические вещества и имеющих высокую биологическую активность.

Окислительно-восстановительными и ионообменными процессами объясняются загрязнение дренажных вод при обычном сельскохозяйственном использовании торфоболот и незначительная миграция химических соединений при больших нагрузках сточных вод на естественное торфоболото с травянистой растительностью. На таком болоте в начальный момент (после полива стоками) окислительная среда сохраняется на поверхности сточных вод и вдоль корневой системы растений, где ЕЬ = 500 - 600 мВ. В эти зоны и будет направлено движение ионов. После отмирания растений и высыхания стоков движение восстановленных компонентов уже направлено только к поверхности болота, где они окисляются и используются вновь вырастающими растениями или микроорганизмами.

Эти данные подтверждаются наблюдениями ряда исследователей, которые отмечают, что на осушенном открытыми канавами переходном торфоболоте дренажные воды в 3-4 раза чище, если дно осушителей врезано в минеральный грунт, и химический состав их зависит в основном от состава этого грунта.

С этих же позиций следует рассматривать рекомендации по пескованию торфяных почв, и тот факт, что сточные воды лучше очищаются на легких песчаных и супесчаных почвах, где быстрее отводится избыточная влага и в почве (практически в пахотном горизонте) создаются окислительные условия для осаждения восстановленных компонентов.

Следовательно, для предотвращения загрязнения дренажных вод в торфяных почвах необходимо предусматривать такую осушительную сеть, которая исключала бы указанные неблагоприятные явления. Для этого при строительстве дренажа следует закладывать дрены в минеральный грунт, затем засыпать их песчано-гра-вийной смесью, после чего производить окончательную засыпку грунтом выемки. Такой фильтр исключит ионообменный контакт верхних слоев торфа с дреной через обратную торфяную засыпку, ликвидирует в ней сквозные деформационные трещины и прямое просачивание стоков в дренажную сеть. Быстрый отвод влаги из пес-чано-гравийной засыпки позволит сохранить в ней окислительные условия (Eh > 300 мВ), способствующие осаждению в верхних слоях фильтра восстановительных компонентов.

Для лучшей аэрации и создания устойчивых окислительных условий в дренажном фильтре (Е = 500-700 мВ) осушение торфоболот h необходимо проводить сквозными дренами увеличенных диаметров. Высокая водоотводящая способность таких дрен позволяет увеличить расстояние между ними в полтора-два раза по сравнению с осушением обычными коллекторно-дренажными системами, а площадь бесканальных участков может достигать от 300 до 500 га.

Описанная выше конструкция осушительной сети наиболее приемлема при больших разовых нагрузках сточных вод, например, на "скользящих" полях запахивания и компостирования (СПЗиК), где предусмотрена утилизация свежего жидкого навоза с разовыми нагрузками 200 мм и более, при распределении стоков по чекам, снятии верхнего слоя торфа и наилка на торфокомпосты, а также при выращивании кормовых культур. '

Обобщая изложенное, приходим к следующим выводам: 1 . Загрязнение дренажных вод в торфяных почвах при утилизации на них сточных вод происходит в результате прямого их просачивания в дрену по деформационным трещинам в дренажной засыпке и увеличения инфильтрации после предварительной очистки стоков. Основным источником загрязнения являются восстановительные условия и связанные с ними ионообменные процессы, происходящие во влажном торфе, которые проявляются и при обычном сельскохозяйственном использовании торфоболот.

2. Для предотвращения загрязнения дренажных вод следует производить осушение сквозными дренами увеличенного диаметра, закладывая их в подстилающий торф минеральный грунт, с последующей засыпкой песчано-гравийной смесью и окончательной засыпкой грунтом выемки.

3. Для ликвидации просадочных понижений и прямого просачивания сточных вод в дрены необходимо при засыпке последних предусматривать устройство валика с перекрытием дренажных траншей.

4. Указанные выводы в равной степени относятся и к тяжелым суглинистым почвам.

2. Влияние обратного песчаного фильтра на эффективность очистки животноводческих стоков

Известно, что осушенные торфяники неполностью адсорбируют загрязнения, поступающие с орошаемыми животноводческими стоками. Это заставляет воздерживаться от использования таких почв даже для земледельческих полей орошения (ЗПО) либо предвари-

тельно на поверхность торфяника подсыпать песчаные почвы. Последнее мероприятие трудоемко и требует значительных затрат. При внедрении "скользящих" полей запахивания (СПЗ), предназначенных для утилизации неочищенного жидкого навоза на торфяных почвах, нами была изучена возможность предотвращения загрязнения дренажных вод с помощью обратного фильтра.

Результаты проведенных исследований позволили поставить

)

вопрос об улучшении качества дренажных вод на внедряемых СПЗ. Для этого были построены 12 дрен, 9 из них уложены на глубину 2 м в подстилающий торф минеральный грунт. Мощность осушаемой торфяной залежи 1,4 - 1,5 м. Обсыпка дрен 7-10 и 30-40 см выполнена из песка с коэффициентом фильтрации 7 м/сут с трехкратной обсыпкой. Разовая на 3 грузка предварительно отстоенного жидкого навоза 3500 м3/га (350 мм). Остальные 3 дрены уложены на глубину 1,7 м в песчаную, хорошо фильтрующую почву. Обратная засыпка произведрна грунтом выемки, средний коэффициент фильтрации которого (из 11 определений без фракции 5 мм) составил 47,5 м/сут. На предварительно обвалованную территорию, осушенную этими дренами, был налит свежий навоз слоем 500 мм (5000 м3/га) .

Средние результаты химического состава дренажных вод (по исследованным дренам) до налива сточных вод и через 4 месяца после него представлены в табл.1.

Таблица 1

Зависимость качества дренажных вод на СПЗ от величины слоя обратного песчаного фильтра (ыг/л)

Средняя Характе- Ыа*

глубина ристика -

дрен, м обратной А Б засыпки дрен

Са2<

2 Обычная 1,72 36,3 3,4 62,6 13 20 6 19,2

2 Песчаный 6,82 16,6 2 29,0 20 26 7,6 25,5 фильтр I

7-10 см

К

А

А

Б

2 Песчаный 11 6,9 1 9,2 22,6 16,8 7,8 25,7 фильтр 30-40 см

1,7 Дрена в 1,2 1,61 - 2,8 16 8 2,4 2,4 песчаном грунте

Примечание. А - до налива , В - через 4 месяца после налива.

Из данных, приведенных в табл.1, следует, что несмотря на предварительное отстаивание жидкого навоза, имеющего большой коэффициент фильтрации, определяющим качество дренажных вод на

СПЗ является обратный песчаный фильтр слоем 30-40 см. В дренах, уложенных в песчаном грунте, внесение свежего навоза слоем 500 мм практически не дало результатов. ^

продолжение табл.1

Средняя Характе-глубина ристика дрен, м обратной-засыпки Дрен

NH+« ,мг/л

С1" ,мг/л

ПО,мгО/л

2 Обычная 1,5 37,5 3,2 189 53,6 304

2 Песчаный 3,1 14,3 2,0 148 64,8 154

фильтр 7-10 см

2 Песчаный 2,0 11,0 2,8 96 41,9 97

фильтр 30-40 см

1 ,7

Дрена в

песчаном

грунте

0,4 2,1

11,3 15,6

12,2

15

Примечание. А - до налива, Б - через 4 месяца после налива. ПО - перманганатная окисляемость. Таким образом, проведенные исследования показали, что при

Б

А

Б

Б

А

осушении торфяных почв, планируемых для создания СПЗ, необходимо закладывать в минеральный грунт подстилающий торф и обсыпать их песком слоем 30-40 см. Такой фильтр по сравнению с обычной засыпкой дрен улучшает качество дренажных вод в 3-4 раза. На песчаных и супесчаных почвах при глубине дрен 1,7 ы нагрузка свежего жидкого навоза молодняка крупного рогатого скота практически не влияет на качество дренажных вод. Для снижения загрязнения дренажных вод в торфяных и суглинистых почвах при размещении на них ЗПО также необходимо устройство обратного песчаного фильтра. Бактериологические показатели качества дренажных вод независимо от конструкции обратного песчаного фильтра и глубины заложения дрен практически оставались неизменными. При этом коли-титр колебался от 43 до 333, а общее микробное число - от 100 до 300 в 1 мл. -

3. Утилизация животноводческих стоков на "скользящих" полях запахивания

Утилизация навозных стоков выделилась в самостоятельную и актуальную проблему в последние три десятилетия в связи с индустриализацией животноводства - применением гидросмывных систем навозоудаления. Все это привело к скоплсиию больших количеств навоза на ограниченной территории. Например, на комплексе "Пашский" Ленинградской области, где откармливалось 20000 бычков, объем их достигал 700000 и3 в год. На комплексе по откорму 1080б0 свиней объем животноводческих стоков составляет до 3000 м3 в сутки, или около 1000000 м3 в год.

К настоящему времени широкое распространение получили в основном два способа гидравлической уборки навоза: отслой-но-лотковый с периодическим смывом навозной массы через 10-15 дней и самотечный или самотечно-сплавной, когда навозосборные каналы освобождаются в период смены поголовья или после снижения пропускной способности каналов вследствие отложения в них большого количества навоза. Обе системы навозоудаления, особенно с замкнутым циклом, способствуют повышенной загазованности и бактериальной обсемененности воздуха в животноводческих помещениях и самого навоза. В результате этого ухудшаются не только условия труда обслуживающего персонала комплекса, но и зоовете-ренарные условия содержания животных. Кроме того, навозные стоки, удаляемые из животноводческих помещений указанными выше

способами, представляют реальную санитарно-эпидемическую опас-

)

ность из-за их значительного загрязнения возбудителями инфекционных и инвазивных заболеваний. Опыт эксплуатации очистных сооружений, предусматриваемых в проектах комплексов для очистки и обеззараживания стоков, показал их недостаточную эффективность.

Таким образом, существующие способы удаления отходов животных из животноводческих помещений, а также утилизация этих отходов не отвечают природоохранным требованиям.

Указанные недостатки устраняют "скользящие" поля запахивания (СПЗ), предложенные нами в 1975 г. Аналогом для СПЗ явились поля ассенизации (ПА) с сельскохозяйственным использованием, которые служили для утилизации коммунально-бытовых и хозяйственно-фекальных стоков городов и поселков. На ПА стоки подавались из емкостей, где в процессе накопления происходил их в основном анаэробный метаболизм.

В отличие от ПА на СПЗ подается свежий, еще не подверженный разложению, жидкий навоз после ежедневных смывов и удаления из животноводческих помещений. Поданные на СПЗ животноводческие стоки являются полным, биологически активным органическим удобрением, питательные компоненты которого становятся доступными для растений только после переработки их почвенной микрофлорой. Такие стоки хорошо кольматируют верхний слой почвы, не позволяя проникать в нижние слои растворенным в воде органическим и минеральным компонентам. Обладая высокой удобрительной способностью, биологической активностью и буферной емкостью, они способны попышать плодородие различных почв при длительном последствии .

Принцип действия СПЗ заключается в следующем. Гидросмыв навоза п натуральном виде, без предварительной подготовки, сплавляется (транспортируется) непосредственно из животноводческого комплекса на одно из дренированных и обвалованных полей специального севооборота, созднпаемых на ранее расчищенных тор-фоболотах. Заливка этого поля свежим навозом осуществляется последовательными участками (чеками) по скользящему графику (раз в ротацию). Толщина слоя плливки от 100 до 500 мм. Собранная из дренажа фаза (дренажная вода) используется либо для орошения других полей севооборот/1 в летний период (предварительно дождеванием), либо возвращается на комплекс по водооборотной системе для повторного гидросмыва и гидротранспортировки навоза. Осевшая па поле твердая фппа навоза после подсушивания в течение года и перемешивания с верхним слоем торфа сгребается с поля*для приготовления товарных удобрительных компостов. Затем поле соответствующим образом обрабатывается и засевается кормо-

пыми сельскохозяйственными культурами. Через год, после уборки с него зеленой массы кормовой культуры, оно снопа включается в очередной цикл.

Для успешного функционирования СПЗ горизонтальный дренаж закладывается с учетом выработки торфяной залежи и ее усадки. Принципиальная схема СПЗ для горизонтального дренажа и компакт-

Прннцнпиальная схема СПЗ.

/ — животноводческий комплекс; 1 — магистральный трубопровод для гидросплаЪа навоза; 3 — распределительные трубопроводы; 4—выпуски навозных стоков на чеки;. 5—СПЗ;' 6 — дренаж; 7—дамба обвалочная; в —чеки СПЗ; 9 — резерЬуар для сбора дренажный вод; 10 — насосная станция; // — .трубопровод- для подачи дренажных вод н* орошение сельскохозяйственных угоди Л (О) или использование их для повторного1 гидросмыва навоза в стойловых помещениях комплекса (К).

Размещают СПЗ предпочтительно на равнинных минеральных землях, выработанных и залежных торфоболотах. Используют в системе 3-7 полных кормовых севооборотов с преобладанием многолетних трав, особенно в первые 2-3 года, с целью ликвидации инфильтрации минерализованных компонентов органических веществ и борьбы с сорняками. На равнинных участках жидкий навоз распределяют на удобряемом поле по чекам, заливаемых из стационарных гидрантов. После подсушки залитых чеков осевший на поверхности поля наилок запахивают и поле засевают кормовыми культурами. На болотах с мощностью торфа более 0,5 м рекомендуется перемешанный при вспашке и фрезеровании подсушенный слой торфа и наилка (10-285 см) сгребать в бурты для приготовления торфонавозных компостов и только после этого засевать поле.

На торфоболотах, где намечается заготовка торфокомпостов, обвалованные по контуру поля разграничивают на чеки временными валиками, которые при заготовке торфокомпостов разравнивают. Площадь отдельных заливаемых чеков определяется конфигурацией участков и уклоном местности. При равнинном рельефе она может составлять от 3 до 5 га.

Общая площадь СПЗ определяется числом полей, входящих в севооборот, их использованием и удобрительной способностью годового объема утилизируемых стоков. Нагрузку на удобряемые СПЗ рассчитывают на ротацию по содержанию в жидком навозе преобладающего компонента - общего азота, определяющего в основном уровень загрязнения внешней среды, качество и количество урожая. По принципу СПЗ можно утилизировать любые свежие отходы и стоки, пригодные по составу для удобрения почвы, включая помет с птицефабрик, торфопометные и торфонавозные компосты.

Таким образом, СПЗ позволяют быстро осваивать активные севообороты на выработанных и залежных торфоболотах, включая переходные и верховые, минеральные земли из-под леса и кустарники и др. В целом они замыкают агроэообиологический круговорот зем-ля-растение-жипотное-земля и оптимизируют сельскохозяйственный комплекс животноводство-земледелие.

4. Санитарно-гигиеническая оценка способа утилизации навоза на предварителмю мелиорированных участках торфомяссивов

С целью экспериментальной проверки пригодности способа утилизации напогнюй массы на предварительно мелиорированных торфяных участках вблизи производственных корпусов комплекса "Пашский" были созданы опытные поля (рис.2). Санитарно-гигиеническую оценку эффективности их эксплуатации проводили путем систематического изучения состава и качества дренажных вод и атмосферного поздуха непосредственно на полях и за их пределами. В дренажных водах определяли основные санитарно-гигиенические показатели, их бактериальную обсемененность, а также обсе-мененность яйцами гельминтов. Атмосферный воздух исследовали на содержание аммиака, сероводорода, общую бактериальную обсемененность. Пробы для бактериальных исследований отбирали еженедельно в 5 точках (рис.3).

* - *1Аепиораепивмый - '.» . Открыть/О

Рис. 2. Схема расположения опытных участков для утилизации навоза. 7 — животноводческая комплекс; II — ранее осушении« площади торфано-болотных ыассваоа; /Л — оаытмы« участии Аля утнлиацна навоза.

ГО-^

а«

Опытный чек

ОН-)

ТО,

ТО

ТО

ТО

ТО

ок-г

Рыс. 3. Точкн отбора проб, дренажных вод с опытного _ участка. . ■.С/С-/, О К-г — открытие какали:. ЗК—■ аакрытые каналы; 70 — точки ' отбора.

Параллельно с этим ежемесячно брали на расстоянии 0,5 км от опытных полей пробы грунтовых вод с глубины, равной глубине заложения на них дрен. Исследования в этом натурном эксперименте проводили в летний, осенний и зимний периоды в условиях различных гидравлических нагрузок навозной жижи, подаваемой на опытные торфяные участки - от 3000 до 10000 т/га (в среднем 7200 т/га).

Результаты лабораторных бактерио логических исследований дренажных вод опытных участков до начала эксперимента (фоновые) и после подачи на них навозной жижи приведены в табл. 2.

Таблица 2

Некоторые санитарно-бактериологические показатели дренажных вод

( М 1 м )

Показатель До начала Во время эксперимента

эксперимента -

(фон) летний зимний осенний

период период период

Микробное число 110 1 30,0 70,0 ± 28,4 75 ± 26,4 80 4 25,4

Коли-титр 70 1 11,2 104 1 11,0 85 £ 9,3 70 1 14,2

Янна гельминтов н/о н/о н/о н/о

Патогенная флора н/о н/о н/о н/о

Примечание. Здесь и в дальнейшем н/о - не обнаружено.

Как следует из табл.2, изученные показатели оказались равнозначными. Это свидетельствует о хороших защитных свойствах подстилающего торфяного пласта, Что обусловливается его большой влагоемкостью и высокой сорбционной способностью. Дренажные волы с опытных полей отводили в проходящий рядом магистральный канал мелиорированного торфяного массива. Поэтому представляло практический интерес сравнить, насколько различаются по своим санитарно-гигиеническим показателям дренажные воды с опытных

полей и вода в этом канале. Данные такого сравнения приведены : табл.3. !

Таблица :

Санитарно-гигиенические показатели качества воды в магистралью канале и дренажных вод с опытных полей (М ^ш)

Показатель Вода магистрального Дренажные воды

канала выше сброса с опытных полей

дренажных вод

Цветность,градусы 440,0 + 27,3 420, ,0 + 25, 1

Взвешенные вещества, 180,0 + 17,5 15, ,0 + 0,4

мг/л

ВПК5, мгО/л 84,0 + 12,7 79, ,0 + 1,7

Растворенный кислород, 6,2 + 0,4 0, ,7 + 0,03

иг/л

Окисляемость, мгО/л 250,0 + 12,3 2 60, ,0 + 9,8

ХПК, мгО/л 258,0 + 14,1 270, 0 + 14, 1

Коли-титр 0 ,4 100 + 9,8

Примечание. ВПК - биохимическое потребление кислорода, ХПК -химическое потребление кислорода.

Из данных табл.3 видно, что по большинству исследованных санитарно-гигиенических показателей дренажные воды с опытных полей утилизации навозных стоков значительно отличаются от воды магистрального канала. В ходе эксперимента проверяли также качественные характеристики дренажных вод с чеков торфяных участков в разные месяцы года (табл.4).

Таблица 4

Показатели качества дренажных вод с опытных полей в зависимости от времени года

Показатель Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Цветность, градусы 390, 0 235,0 195,0 370,0 435,0 505,0

Взвешенные вещества, мг/л 16,0 16,0 10,0 8,0 12,4 9,0

Окисляемость, мгО/л 80,0 90,8 87 ,4 16,2 16,9 281,8

ХПК, мгО/л 300,0 252,0 180,0 92,4 280,0 158,0

БПК$ , мгОа /л 12,7 13,0 14,7 48,0 15,0 37,0

Растворенный кислород, мг/л н/о н/о н/о 1,0 н/о н/о

Аммиак, мг/л 4,0 4,0 4,0 4,0 0,8 23 ,0

Хлориды, мг/л 24,0 74,5 11,8 56,3 70, 0 56,0

Данные лабораторных санитарно-гигиенических исследований, представленные в табл.4, свидетельствуют об изменении качества

дренажных вод с экспериментальных чеков под влиянием, гидрав; ческой и органической нагрузки их навозной жижей. Однако отк; нения показателей ее загрязнения органическими веществами I ВПК, ХПК, перманганатной окисляемости, аммиаку) не выходят ; леко за пределы ожидаемого некоторого увеличения их в резулы те столь значительных нагрузок на торфяной пласт, которые за} вались нами в эксперименте. Более того, есть основания предг ложить, что это повышение уровней загрязнения дренажной вс органическими веществами будет кратковременным, ограничивающ! ся лишь непродолжительными сроками после подачи на тopфя^ участки - чеки навозных стоков.

В целом же дренажные воды с опытных участков вполне оте чают техническим, зооветеринарным и санитарно-гигиеничесв нормам, регламентирующим их использование для орошения сельсв хозяйственных угодий или оборотного применения их для гидроо ва-экскрементов животных в производственных помещениях компле са. В завершение общей программы экспериментальных исследован брали также пробы атмосферного воздуха на расстоянии 50, 100 200 м от границ обвалованных торфяных участков. Пробы атмосфе ного воздуха отбирали на высоте 1,5 м от земли и исследовали содержание аммиака и сероводорода. Ни в одной из 32 проб не с наружено даже следов этих химических соединений.

В период 1977-1983 гг. в натурных условиях проведены бол шие по объему и задачам исследования с целью санитарно-гигиен ческой, санитарно-бактериологической, гельминтологической и э томологической оценки СПЗ, созданных и уже функционирующих животноводческом комплексе "Пашский" в с.Потанино. В качест объектов исследований были взяты дренажные воды с полей (до б

проб в год), окружающая СПЗ почва (300 проб), атмосферный воздух в окружности полей запахивания (170 проб) и товарные торфо-компосты после годичной выдержки в буртах (160 проб). Результаты проведенных исследований сведены в табл.5.

Таблица 5

Санитарно-гигиенические и санитарно-бактериологические показатели (максимальные величины) качества дренажных вод СПЗ

Показатель Концентрация, м/л Эффектив-

- ность

в дренажном стоке в исходном очистки, %

1977 1978 1979 1980 1981 1982 навозе

Взвешенные 16 27,3 24,6 28, 1 38,4 27,4 до 12000 99, 8

вещества

БПК5 48 97 206 179 183 203 до 10000 98

ХПК 300 293 401 290 344 316 до 18000 97,8

Хлориды 74 57 31 29 43 33 до 4000 98,2

Патогенная н/о н/о н/о н/о н/о н/о Разнообразная 100

микрофлора

Коли-титр 43 11 333 333 333 333 10"5 - 10"6 100

Яйца гель- н/о н/о н/о н/о н/о н/о В большом 100

минтов количестве

Представленные в табл.5 данные свидетельствуют прежде все-

го о достаточно эффективной задержке на СПЗ органических В1 щесгв жидкого навоза. Так, по отдельный показателям, устано] ленный при анализе дренажных вод, она достигает по взвешенш веществам 99,8%, по БПКз - 9855, по ХПК - 97,8%, по коли-титру 100%. Дренажная вода не содержит яиц гельминтов и патоген» микрофлоры, не имеет запаха и по своему качеству вполне отвеч; ет требованиям, предъявляемым к поливной воде.

В целях установления возможного загрязнения грунтовых в> под воздействием довольно больших статических нагрузок мае жидкого навоза на СПЗ исследованы их пробы из шурфов глубин' 1,8-2 и, удаленных от границ СПЗ на 10 м. Установлено, что ни одной из них в течение 4 лет не было отклонений от показател анализа проб грунтовых вод из контрольных скважин, расположе них в 500 м от СПЗ. Это свидетельствует о высоких фильтрацио ных свойствах торфоприниыающих грунтов СПЗ и надежности дрена ной системы, перехватывающей весь объем—жидкой -фазы навози стоков.

Согласно разработанной нами схеме, заполненный в течен года участок поля (чек) оставляется еще на год для подсушив ния. За это время фактически вся жидкая фаза навоза профильтр вывается и на поверхности остается лишь его твердая фаза, то щина слоя которой в летний период 8-10 см. Перемешанный с под тилающим торфом, этот слой навоза буртуется для окончательно созревания товарного удобрительного торфонавозного компоста, целью изучения безвредности этих компостов и определения врем ни, необходимого для их полного самоочищения в мае 1991 г. бы приготовлены свежие бурты. Начиная с июня отобранные из и пробы регулярно подвергали исследованию по санитарно-бактери

логическим, санитарно-энтомологическим и санитарно-гельминтоло-гическим показателям. Полученные результаты представлены в табл.6. Приведенные данные убеждают в том, что приготовленные на основе осевшего на чеках нативного навоза и верхнего слоя торфа СПЗ торфонавозные компосты удовлетворяют требованиям обычных почв, относящихся к категории малозагрязненных (по комплексным оценочным показателям).

Таблица 6

Помесячные санитарно-бактериологические, санитарно-гельминтоло-гические и санитарио-энтомологические показатели торфокомпостов

Показатель

Июнь

Июль

Август

Число личинок и куколок 9-14 мух на 0,25 м2 почвы

5-8

2-5

Число яиц гельминтов 12-14

на 1 кг почвы

6-8

2-4

Коли-титр

0,1-0,001 0,1-0,001

1-0, 1

Титр perfгingens

0,01-0,0001 0,1-0,001 0,1-0,01

Общая микробная

до 700000 до 100000 10000-300

Патогенная микрофлора в 12 пробах в 3 пробах

н/о

Особо отметим, что обнаружение сальмонелл в течение перв 2-х месяцев созревания торфонквозных компостов позволяет оц нить этот срок как минимальный для их отмирания, в продолжен которого торфонавозный компост не может использоваться в к честве удобрения земледельческих полей.

Одним из этапов санитарно-гигиенической оценки предлага! мого способа утилизации жидкого навоза явилось также изучен: структуры и свойств торфяной почвы СПЗ спустя 3 года от перво: заполнения их чеков животноводческими навозными стоками. Иссл! дования на этом этапе проводились с мая по октябрь 1982 г. по< ле снятия верхнего компостообразующего слоя (осенний навоз торф) и сгребания его в бурты для вызревания. Пробы обнаживше1 ся почвы чеков отбирали на глубине 10-15 см от ее ловерхност! Одновременно исследовали по тем же показателям почвы контрол] ных участков, в качестве которых были выбраны иеокультуренные неиспользуемые земли. Результаты исследований проб почвы прив< дены в табл.7.

Из данных табл.7 следует, что существенных различий меж; показателями почв СПЗ и контрольного участка нет. Другими слс вами, почву СПЗ после удаления осевшей твердой фазы жидкого не воза и 10-сантиметрового слоя подстилающего торфа практичес( можно отнести по всем исследованным показателям к категор* чистых почв.

Обнаруженный разительный эффект естественного самоочищеш почвы СПЗ, разумеется, не является чем-то новым в агробиолог!' ческой и санитарно-гигиенической практике. Почва сама по сеС (в том числе, конечно, и торфяная) - это мощный фактор обезвре живания и обеззараживания попадающих в нее различных загрязнс

пий органического происхождения, патогенных микроорганизмов, яиц гельминтов и т.п. Вслед за внесением в почву органических веществ численность, обитающих в ней микроорганизмов, вначале резко возрастает. Последующее уменьшение ее до некоторого первоначального равновесного состояния является свидетельством того, что процесс переработки ими основной массы органических веществ закончен.

Таблица 7

Санитарно-гигиенические, санитарно-бактериологические и гельминтологические показатели почвы СПЗ

Найденные величины Показатель (максимальные - минимальные)

почва СПЗ

контроль

Санитарное число 0,85-0,89

Общее число бактерий 6000-1040

Коли-титр 0,4-11,1

Патогенная микрофлора н/о

Яйца гельминтов н/о

О,96-0,98 400-980 0,1-4,3 н/о н/о

На заключительном этапе комплексной эколого-гигиенической оценки предлагаемого способа утилизации гидросмыва навоза на СПЗ проведены также химические и санитарно-бактериологические исследования воздуха на расстоянии 50, 100 и 200 м от внешних

границ их обвалковки. Всего исследовано 170 проб и ни в однс из них аымиак и сероводород не обнарухены. Микробная обсеменеь ность в этих пробах воздуха была не выше, чем в пробах, взять в контрольных точках на удалении 2,5 км от СПЗ. Эти даннь весьма вахны, так как позволяют создавать СПЗ в нeпocpeдcтвe^ ной близости от хивотноводческих комплексов (что важно для прс тяхенности коммуникаций) и существенно сократят размеры сан» тарно-защитной зоны вблизи населенных пунктов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 . Разработан новый подход к решению проблемы утилизации сто! ных вод крупных хивотноводческих комплексов, основанный на ее тественном способе утилизации навозной массы на "скользящие полях запахивания, созданных на предварительно дренированных обвалованных торфяных участках.

2. Использование предлагаемого способа обеспечивает агропромьп ленную оптимизацию в звене хивотноводство-земледелие, доволы^ выгодное замыкание экологического цикла агробиологического крз говорота земля-хивотные-земля с соблюдением без дополнительнь затрат требований по охране окрухающей природной среды и полз чение большого количества ценных органических удобрений в ви; торфонавозных компостов.

3. Опытно-производственная проверка способа "скользящих" пол< запахивания показала его высокую эколого-санитарно-экономичес

кую эффектнпиость. Степень очистки жидкой фракции стоков, поступающих в дренаж, по большинству изученных показателей (ко-ли-титру, яйцам гельминтов, патогенной микрофлоре) составляла 100%, а по содержанию взвешенных веществ, химическому и биологическому потреблению кислорода - 97,8- 100%.

4. Исследования грунтовых вод из скппкин, оборудованных фильтром в первом водоносном горизонте на глубине 2-5 м, расположенных на опытных участках и за и* пределами на расстоянии до 200 м по потоку грунтовых вод, покаиппи, что по санитарно-хими-ческоыу составу они не отличаются от природных вод в скважинах, расположенных на расстоянии до 1500 м н сторону от участков.

5. Проведены химические и санитарно-finКтериологические исследо--в&нкя воздуха на расстоянии до 200 u ot внешних границ обвалов-ки СПЗ. Ни в одной из исследованных 170 проб не обнаружено наличие аммиака и сероводорода. Микрпбная обсемененность в этих пробах воздуха была не выше, чем в пробах, взятых в контрольных точках на удалении 2,5 км от СПЗ.

6. Не обнаружено существенных различий между показателями почв СПЗ и контрольного участка по санитарно-гигиеническим, санитар-но-бактериологическим и гельминтологическим показателям. Почва СПЗ после удаления осевшей твердой фпмы жидкого навоза и слоя подстилающего торфа относится к катетприи чистых почв.

7. Выявлен механизм загрязнения дренажных вод при утилизации на них сточных вод, сводящийся

в к

торфяных почвах прямому их про-

сачиванию в дрену по деформационным трещинам в дренажной засып ке и увеличению инфильтрации после предварительной очистки сто ков. Показано, что основным источником загрязнения дренажны: вод в торфяных почвах являются восстановительные условия и связанные с ними ионообменные процессы, происходящие во влажно! торфе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТА

1. Ю.В.Фокин, А.И.Сергеев. Санитарно-гигиеническая оценка способа утилизации навоза на предварительно мелиорированных участках торфомассивов // Гигиена и санитария, 1979 г. , N 9, С.70-73 .

2. А.И.Сергеев, В.А.Колупаев, Ю.В.Фокин. К вопросу о кольмати-рующем действии животноводческих стоков и загрязнении грунтовых вод. Сб. науч. тр. Ленгипроводхоза "Мелиорация земель в Нечерноземной зоне РСФСР", Л., 1979 г.

3. Ю.В.Фокин. Способ утилизации животноводческих стоков на предварительно мелиорированных участках торфокомпостов. В кн.: Гигиенические аспекты охраны окружающей среды в связи с интенсивным развитием основных отраслей народного хозяйства. М., 1980 г., С.59-60.

4. Ю.В.Фокин, Н.И.Ващенко. О гигиенической оценке торфокомпостов, приготовленных на скользящих полях запахивания // Гигиена и санитария, 1982 г., N 9, С.81-82.

5. Ю.В.Фокин, А.И.Сергеев. Гигиеническая оценка условий труда

I - 35 - ;

[ I

на промышленных животноводческих комплексах в связи с применением скользящих полей запахивания // Гигиена и, санитария, 1983 г., N 6, С.77-78.

6. Ю.П.Фокин, Л.И.Сергиев. Влияние обратного песчаногЪ фильтра на '|ффектипнпсть очистки животноводческих стоков // Гигиен» и санитария, 14114 г., N 10, С.61-62.

7. Л.И.Сергеем, Ю.В.Фокин. Комплексная гигиеническая оценка спогоПл утнлнияции гидросмыва навоза нп "скользящих" полях 'ш-пахиплния // I |М иена и с-пнитария, 1985 г., N 3, С.70-73.

8. А.И.Сергевя, Ю.П.Фокнн. Утилизация жииотноводческих нявогшых стопин на "гкользящих" полях запахиваннм // Гигиена и санитп рия , 1985г . , III I , С. 66-!«7 .

9. А.И. Сергеям, Ю.В.Фокин. Загрязнение дренажных вод в торфяных почвах при утилизации на них сточных вол // Экспресс-инфор нации. Мелнирпмия и водное хозяйство. Серия 4. Комплексное использование II охрана модных ресурсов. Пип.9, М., 1985 г., С.1-12.