Введение к работе
Актуальность темы. Проблема охраны водных объектов и, в частности, водных биоресурсов от загрязнения и деградации сегодня приняла глобальный характер.
Во всем мире животноводческая и птицеводческая отрасли продолжает свое интенсивное развитие, становясь для многих стран основным поставщиком диетических продуктов питания. Интенсивно наращивают выпуск мясной продукции Китай, Бразилия и другие страны. Общее производство мяса птицы во всех категориях хозяйств России в 1995 году составило 1 млн. 42 тыс. т. и с каждым годом прослеживается тенденция к росту производства (Фисинин В.И., 1998, Донник И.М., 2008, Смронов А.М, 2008).
Одной из важнейших проблем промышленного производства в сельском хозяйстве является разработка эффективных систем защиты водных биоресурсов от негативного воздействия стоков с водосборной территории (Ассонов A.M., Ильясов О.Р. 2003).
Уральский экономический регион представляет собой одну из наиболее антропогенных территорий России. Значительное количество как промышленных, так и сельскохозяйственных предприятий, ежедневно выбрасывают сотни тонн загрязняющих веществ в воздушную среду, со сточными водами и в виде мусора. Все это загрязняет водосборную территорию, делает ее потенциально опасной для водоисточников и в частности для водных биоресурсов.
В связи с выше отмеченным приобретает актуальное значение проведение постоянного экологического мониторинга состояния водных биоресурсов в зоне деятельности промышленных и сельскохозяйственных предприятий, на основании, которого следует разрабатывать мероприятия по охране водных биоресурсов от загрязнений сточными водами с водосборных территорий.
Цель исследования. Выполнить экологическую оценку негативного воздействия экотоксикантов поверхностных сточных вод с сельскохозяйственных и техногенных территорий на водные биоресурсы и разработать бионанотехнологию защиты на принципиально новой основе.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
выполнение мониторинга за состоянием водосборных территорий и поверхностных водоисточников в районах размещения птицеводческих и железнодорожных предприятий и оценка качественных и количественных показателей поверхностных сточных вод;
разработка эколого-рациональной концепции охраны водных биоресурсов от поверхностного стока с урбанизированных территорий и на ее основе разработка технологии очистки с использованием нового водоочистного биосооружения - очистная агрегатопонная установка;
изучение сорбционных и ионообменных свойств природного ионообменного материала (опоки) используемого в качестве твердой
загрузки в очистной агрегатопонной установке по отношению к биогенным веществам, ионам тяжелых металлов и нефтепродуктам;
установление целесообразности использования воздушно-водной растительности (ВВР) в качестве биозагрузки очистной агрегатопонной установки;
исследование эффекта химической и биологической регенерации загрязненного ионообменного материала с помощью сульфат аммония и ВВР;
выполнение эколого-экономических исследований эффективности использования очистной агрегатопонной установки для решения поставленной цели работы.
Объектами исследования являлись:
водные биологические ресурсы поверхностных водоисточников;
поверхностные сточные воды с территорий птицеводческих комплексов и железнодорожных станций, как наиболее опасные в экологическом отношении элементы;
высшая воздушно-водная растительность (fragmites communis) используемая в качестве биологической загрузки очистной агрегатопонной установки;
агрегатопонная система, используемая автором в качестве основного сооружения новой бионанотехнологии глубокой очистки поверхностных сточных вод с птицеводческих комплексов.
Научная новизна.
Проведено комплексное исследование состояния водосборной территории в зоне влияния птицеводческого предприятия и железнодорожной станции путем изучения состояния водных биологических ресурсов и качества поверхностных сточных вод, сформировавшихся на данных территориях.
Сформулирована концепция охраны водных биологических ресурсов от загрязнения поверхностным стоком, сформированным на техногенных и сельскохозяйственных водосборах.
Разработана биотехнология охраны водных биологических ресурсов от негативного воздействия экотоксикантов в поверхностных сточных водах с сельскохозяйственных и техногенных территорий с использованием природного сорбента (опоки) и макрофитов (fragmites communis), осуществляющих как непосредственную очистку стока, так и биорегенерацию фильтрующего материала.
Впервые установлены зависимости степени очистки поверхностного стока, при наличии в нем одновременно нефтепродуктов, биогенных веществ (азот, фосфор) и ионов металлов (железо, медь, цинк и свинец) природным сорбентом (опока) от характеристик фильтрующего материала и гидравлической нагрузки на фильтр.
Впервые получены качественные и количественные показатели эффективности естественной биологической регенерации природных ионообменных материалов высшей водной растительностью.
Разработана технология ускорения процесса биорегенерации с использованием регенерирующего, биостимулирующего раствора, содержащего биогенные вещества (сульфат аммония).
Научные положения, выносимые на защиту:
Концепция охраны водных биологических ресурсов от загрязнения поверхностным стоком, сформированным на техногенных и сельскохозяйственных водосборах.
Бионанотехнология охраны водных биологических ресурсов от негативного воздействия поверхностных сточных вод с территории сельскохозяйственного и техногенного водосбора, заключается в аккумуляции на природных сорбентах в процессе фильтрации экотоксикантов из сточных вод в любой период их образования и биорегенерации последних в вегетационный период высшей водной растительностью.
Высокоэффективная реализация предлагаемой бионанотехнологии зависит от параметров сорбционных и биорегенерационных процессов, протекающих в агрегатопонной системе.
Процессы ускорения биорегенерации природных ионообменных материалов достигается с помощью регенерирующего раствора содержащего биогенные вещества (сульфат аммония).
Практическая значимость. Впервые в практике охраны водных биоресурсов от негативного воздействия поверхностных сточных вод с сельскохозяйственных и техногенных предприятий предложен и реализован способ биологической и химической регенерации ионообменных материалов в агрегатопонной установке с помощью макрофитов и сульфат аммония.
Предложена рациональная система двухступенчатой очистки поверхностного стока при использовании агрегатопонных систем.
Подготовленные материалы могут быть использованы Госсанэпиднадзором РФ, Ветеринарной службой РФ, Министерством сельского хозяйства РФ и Министерством природных ресурсов РФ, специалистами проектных, производственных и научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами очистки сточных вод с антропогенных территорий, в той числе предприятий птицеводческой и животноводческой отрасли, а также при организации образовательного процесса в учебных заведениях.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на международной конференции «Уралэкология-Техноген_металлургия 2001»; на III научно-практической конференции «Природа, природопользование и природообустройство Омского Прииртышья 2001»; VII, VIII международных симпозиумах «Чистая вода
России» 2003, 2005 гг.; на научно-технической конференции «Молодые ученые - транспорту» 2003, 2005 гг.; на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» 2003г.; на международном конгрессе «ЭКВАТЕК - 2004».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК РФ (ж. «Водное хозяйство в России: проблемы, технологии, управление» - 1; ж. «Транспорт Урала» -1).
Объем и структуры работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, предложения производству, списка использованной литературы. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 14 рисунков, 20 таблиц. Список литературы включает 253 источника, в том числе 36 зарубежных авторов.
