Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы негативного воздействия стоков птицеводческих предприятии на водные экосистемы 13
1.1. Основные источники загрязнения сточных вод с территорий птицеводческих предприятий 13
1.2. Сточные воды как мощный фактор ухудшения экологического состояния водных биоценозов 24
1.3. Современные технологии биозащиты водных экосистем от негативного влияния стоков птицеводческих предприятий 36
2. Исследование интенсификации методов биозащиты открытых водоисточников от негативного воздействия сточных вод птицеводческих предприятий 48
2.1. Перспективы использования методов биозащиты на основе гидропонной системы 48
2.2. Утилизация сточных вод птицефабрики с использование гидропоники 56
2.3. Перспективы интенсификации методов биозащиты на основе агрегатопонной системы 72
3. Собственные исследования 89
3.1. Материалы исследований 89
3.2. Методики исследований 92
4. Исследования негативного воздействия поверхностных сточных вод птицеводческого предприятия на водные экосистемы 107
4.1. Гидрохимические и микробиологические исследования поверхностных сточных вод птицеводческого предприятия и водного объекта 107
4.2. Исследование влияния загрязненного поверхностного стока птицеводческого предприятия на водоисточники по ферментативной активности водной среды 109
4.3. Гидробиологические исследования поверхностных стоков птицеводческого предприятия и водного объекта 117
5. Лабораторные исследования эффективности использования агрегатопоннои системы в технологии биозащиты 129
5.1. Исследование сорбционных характеристик природных материалов 129
5.2. Результаты исследований по очистке сточных вод от биогенных веществ на лабораторных фитофильтрах 143
5.3. Исследования экологической толерантности растений при их выращивании на загрязненных сорбентах 151
5.4. Исследования биологической регенерации природных сорбентов 153
6. Натурные исследования одноступенчатой агрегатопоннои системы (фитофильтра) 158
6.1. Результаты исследований эффективности одноступенчатой агрегатопоннои системы 158
6.2. Математическая обработка результатов исследований эффективности одноступенчатой агрегатопоннои системы 165
7. Натурные исследования двухступенчатой агрегатопоннои системы (фитофильтра) 182
7.1. Результаты исследований эффективности двухступенчатой агрегатопоннои системы 182
7.2. Математическая обработка результатов исследований эффективности одноступенчатой агрегатопоннои системы 197
7.3. Результаты исследований эффективности опытно-производственной агрегатопоннои системы 201
8. Исследование эколого-экономической эффективности использования биотехнологии в решении проблемы негативного воздействия сточных вод птицеводческих предприятий на водные экосистемы 207
8.1. Интегральный подход в оценке эколого-экономической эффективности природоохранных проектов 207
8.2. Эколого-экономическая эффективность АФФ при очистке стоков с селитебных территорий 210
8.3. Эколого-экономическая эффективность АФФ при очистке стоков с полигона для хранения птичьего помета 221
9. Реализация технологии биозащиты водных экосистем в рабочем проекте аккумуляционного фитофильтра 226
9.1. Технологическая схема очистки талого и дождевого стока с использованием аккумуляционных фитофильтров 226
9.2. Программный комплекс расчета основных параметров фитофильтра при проектировании и эксплуатации 236
Заключение 239
Выводы 242
Практические рекомендации 247
Список использованной литературы 24
- Основные источники загрязнения сточных вод с территорий птицеводческих предприятий
- Перспективы интенсификации методов биозащиты на основе агрегатопонной системы
- Методики исследований
Введение к работе
Актуальность темы. Птицеводство - одна из важнейших и перспективных отраслей животноводства.
Во всем мире эта отрасль продолжает свое интенсивное развитие, становясь для многих стран основным поставщиком диетических продуктов питания. Мировое производство мяса птицы в 1996 году достигло 53 млн. т., в том числе кур и бройлеров - 46 млн., индеек - 4,4 млн., уток - 2,5 млн. т. В США в том же году произведено 14,5 млн. т. мяса птицы. 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. (В.Н. Фисин 1998)
Одной из важнейших проблем промышленного птицеводства является разработка эффективных систем защиты водных экосистем от негативного воздействия стоков с водосборной территории, особенно с селитебных территорий птицеводческих хозяйств и с полигонов для хранения птичьего помета.
Поверхностные сточные воды птицеводческих комплексов (ПК), сформированные на селитебных территориях и полигонах, предназначенных для хранения птичьего помета, по степени загрязненности органическими веществами превосходят хозяйственно-бытовые.
В сточных водах данной категории обнаруживаются различные патогенные микроорганизмы: энтерококки, стафилококки, сальмонеллы, возбудители вирусных инфекций птиц, яйца гельминтов, возбудители
6 кокцидозов и т.д. Возбудители инфекционных болезней сохраняются в сточных водах до 300 суток и более.
Установлено, что птицеводческие сточные воды в природных водоемах снижают содержание растворенного кислорода. В воде резко повышается значение БПК и окисляемости. Водоемы постепенно утрачивают способность к самоочищению и превращаются в «сточные канавы». Такие водоемы содержат в значительном количестве аммиачные соединения, нитраты, нитриты. Употребление природных вод, загрязненных стоками от птицефабрик, вызывает бактериальные, вирусные инфекции, токсикозы у людей и животных.
В связи с этим приобретает актуальное значение проведение постоянного экологического мониторинга состояния гидросферы в зоне деятельности птицеводческих предприятий, на основании которого следует разрабатывать мероприятия по охране природных вод от загрязнений сточными водами птицеводческих комплексов.
К сожалению, данная проблема еще не нашла своего приемлемого решения. Сезонность поступления сточных вод данной категории (особенно во вневегетационный период), их значительный объем, усложняет, как технически, так и экономически, их совместную очистку.
Используемые сегодня технологии и очистные сооружения не соответствуют требованиям, предъявляемым к сточным водам с полигонов для хранения птичьего помета и с селитебных территорий птицеводческих предприятий, сбрасываемым в водоисточник.
Цель исследования. Выполнить экологическую оценку негативного воздействия контаминантов поверхностных сточных вод с полигонов для хранения птичьего помета и селитебных территорий птицеводческих предприятий на водные экосистемы и разработать технологию биозащиты на принципиально новой основе.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
выполнение мониторинга состояния поверхностных водоисточников в районах размещения птицеводческих хозяйств и оценка качественных и количественных показателей поверхностных сточных вод с их территории;
разработка эколого-рациональной концепции защиты водоисточников от поверхностного стока с территорий сельхозпредприятий и создание на ее основе принципиально нового водоочистного биосооружения — аккумуляционного фитофильтра (АФФ), сочетающего в себе ионообменный фильтр и биозагрузку, осуществляющую регенерацию последнего;
изучение сорбционных и ионообменных свойств природных ионообменных материалов по отношению к азоту аммонийному, фосфатам, ионам тяжелых металлов, нефтепродуктам и установление целесообразности использования сорбентов в качестве фильтрующей загрузки АФФ для очистки поверхностных сточных вод птицеводческих предприятий;
исследование эффекта биологической регенерации загрязненных ионообменных материалов с помощью воздушно-водной растительности (ВВР);
исследование границ экологической толерантности для растительности, произрастающей на насыщенных контаменантами ионообменных материалах, и разработка требований к химическому составу последних;
разработка и обоснование технологии очистки поверхностных сточных вод в разные временные периоды;
выполнение эколого-экономических исследований эффективности использования АФФ для достижения поставленной в работе цели.
Объектами исследования являлись:
водотоки, принимающие поверхностные сточные воды ПП;
поверхностные сточные воды птицеводческих комплексов, как наиболее опасные в экологическом отношении элементы;
высшая воздушно-водная растительность (phragmites communis), используемая в качестве биологической загрузки АФФ;
аккумуляционный фитофильтр, используемый автором в качестве основного сооружения новой технологии глубокой очистки поверхностных сточных вод с птицеводческих комплексов.
Идея работы состоит в использовании природных ионообменных материалов (клиноптилолит, опока) и их биологической регенерации в одном сооружении для решения проблемы негативного воздействия стоков птицеводческих хозяйств на водные экосистемы, что, по мнению автора, значительно увеличит срок службы сорбентов и тем самым сделает процесс очистки сточных вод не только высокоэффективным и надежным, но и рентабельным.
Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использованы методы научного познания, теоретическое обобщение современных знаний и представлений о процессах формирования качества поверхностных сточных вод с птицеводческих комплексов и способах их очистки; лабораторные исследования процессов биорегенерации природных ионообменных материалов с помощью высшей воздушно-водной растительности, исследования по изучению основных параметров используемых сорбентов и исследование предлагаемой технологии на пилотной и опытно-производственной установках. В работе применен комплекс полевых, лабораторных, теоретических методов исследований; комплексный экосистемный подход к анализу полученных результатов, методы математической обработки результатов, обобщение полученных результатов графоаналитическим методом.
Научная новизна.
Проведено комплексное исследование состояния гидросферы в зоне влияния птицеводческого предприятия путем изучения водных экосистем и поверхностных сточных вод, сформировавшихся со всей территории инфраструктуры сельскохозяйственного производства. Сформулирована концепция биозащиты гидросферы на сельскохозяйственных водосборах, и на ее основе впервые разработана принципиально новая технология по защите водоисточников от негативного воздействия контаминантов поверхностного стока. Впервые в качестве твердого субстрата и фильтрующего слоя аккумуляционного фитофильтра предложено использование природных ионообменных материалов (клиноптилолита и опоки). Новизна подтверждена патентом на изобретение РФ. № 2149836 от 21.10.1998 г. Впервые установлены зависимости степени очистки поверхностного стока, при наличии в нем одновременно биогенных веществ (азот аммонийный), ионов тяжелых металлов (железо, медь, цинк и свинец) и нефтепродуктов, природными сорбентами (клиноптилолит и опока) от характеристик фильтрующих материалов, гидравлической нагрузки на фитофильтр и качественного состава сточных вод.
Впервые установлены границы экологической толерантности для растений, применяемых в технологии биозащиты и одновременно осуществляющих биорегенерацию фильтрующих материалов из природных сорбентов (опоки и клиноптилолита).
Впервые получены количественные показатели эффективности биологической регенерации природных ионообменных материалов воздушно-водной растительностью, и подтверждена возможность увеличения защитных свойств природных сорбентов.
Научные положения, выносимые на защиту:
концепция биозащиты гидросферы на сельскохозяйственных водосборах, с использованием принципиально новой агрегатопонной системы;
технология очистки поверхностных сточных вод с территории сельскохозяйственного водосбора, заключающаяся в аккумуляции на природных сорбентах в процессе фильтрации контаминантов из сточных вод в любой период их образования и биорегенерации последних в вегетационный период воздушно-водной растительностью.
основные зависимости и параметры сорбционных и биорегенерационных процессов, обеспечивающие высокоэффективную реализацию предлагаемой технологии;
перспективность применения предлагаемых методов ферментативного анализа воды для определения степени деградации водных экосистем, а также для разработки предельно допустимой нагрузки на водные экосистемы в районах сельскохозяйственного водопользования.
Практическая значимость. Впервые в практике очистки поверхностных сточных вод предложен и реализован способ биологической регенерации ионообменных материалов в аккумуляционном фитофильтре с помощью макрофитов.
Разработано сооружение для реализации новой технологии по очистке поверхностного стока. Новизна устройства защищена патентом РФ. «Фитофильтр для очистки сточных вод» № 2149836 от 21.10.1998 г. Бюл. №15 от 27.05.2000 г.
Предложена рациональная система двухступенчатой очистки поверхностного стока при использовании аккумуляционных фитофильтров.
Использованы в качестве биоиндикаторов гидросферы в зоне негативного воздействия поверхностного стока с территории
11 птицеводческого хозяйства показатели активности ферментов биоты воды (уреазы и нитратредуктазы).
Полученные результаты исследований вошли в «Технические указания по проектированию и эксплуатации системы глубокой очистки стоков с водосборной территории, используемой для хранения птичьего помета», «Методические рекомендации по защите водных объектов от загрязнения талым и дождевым стоком с селитебных территорий», рабочий проект «Опытно-промышленная агрегатопонная система для глубокой очистки талых и дождевых сточных вод с площадки для временного хранения снега». 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 на предприятиях птицеводческой и животноводческой отрасли, а также при организации образовательного процесса в учебных заведениях.
Реализация результатов исследований. По заданию министерства энергетики, транспорта, связи и коммунального хозяйства Свердловской области разработаны технологический регламент и рабочий проект опытно-промышленной ботанической агрегатопонной системы глубокой очистки талых и дождевых сточных вод с полигонов для временного хранения снега Кировского района г. Екатеринбурга.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научно-технической конференции «Чистая вода России -97», Екатеринбург, 1997 г.; на II Международной конференции и выставке «Акватерра - 99», С-Петербург, 1999 г.; на IV Международном конгрессе «Вода: экология и технология» Экватэк - 2000, Москва, 2000 г, на VI международном симпозиуме и выставке «Чистая вода России -2001», Екатеринбург, 2001 г., на «2nd Symposium for European Freshwater
Sciences», Франция, Тулуза, 2001 г., на VI Международном конгрессе «Вода: экология и технология» Экватэк - 2004, Москва, 2004 г.
Публикации. По теме диссертации материал опубликовано 36 работ, в том числе 29 статьей, 3 отчета о НИР по госзаказу МПР РФ, методическая рекомендация, методические указания, патент РФ и монография.
Работа выполнялась с 1994 по 2004 гг. на кафедре «Экологии и зоогигиены» ФГУ ВПО УрГСХА.
Объем и структуры работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, предложения производству, списка использованной литературы. Работа изложена на 272 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 81 таблицу, 253 источника используемой литературы.
Основные источники загрязнения сточных вод с территорий птицеводческих предприятий
Одной из важнейших проблем промышленного птицеводства является разработка эффективных систем защиты водных экосистем от негативного воздействия стоков с водосборной территории птицеводческих предприятий, особенно с селитебных территорий и с полигонов для хранения птичьего помета. Поверхностные сточные воды ПП, сформированные на данных территориях, по степени загрязненности органическими веществами превосходят хозяйственно-бытовые. Во вневегетационныи период нагрузка на природные водоисточники от воздействия этих стоков возрастает.
В процессе эксплуатации птицеводческих комплексов накапливается большое количество помета. В нашей стране, по подсчетам специалистов, ежегодно получают в хозяйствах до 20 млн. т. помета. Условия удаления, обработки и использования помета в основном определяют состояние окружающей среды.
Накопление помета зависит от мощности птицефабрики. Имеется сообщение, что на бройлерной фабрике мощностью 50 тыс. цыплят скапливается в год до 13,5 тыс. т. помета (Фисин В.Н. 1998). На птицефабрике с поголовьем 100 тыс. кур-несушек ежесуточный выход помета составляет около 30 т, при увеличении поголовья до 400 тыс. - 160-180 т.
Из всех видов органических удобрений птичий помет наиболее ценный по содержанию питательных элементов. В пересчете на сухое вещество он содержит: сырого протеина - 30,2-35,6 %, сырой клетчатки -12,3-14,3, безазотистых экстрактивных веществ - 30,0-37,6, жира - 3,4-5,0 и золы - 11,5-16,6 %. Кроме основных питательных элементов в птичьем помете также находятся и микроэлементы: кальций — 0,5 %, магний - 0,2, медь - 0,008, марганец - 0,004, цинк - 0,0026, кобальт - 0,08, сера - 0,14 и бор - 0,005. Сотрудниками Всесоюзного научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения определено, что в помете кур яичного направления содержалось: азота- 1,74-2,74 %, фосфора- 1,18-2,0, калия - 0,61-0,78 % при влажности сырья от 62,5 до 71,8 % (Н.П. Вашкулат 1981).
Птичий помет состоит из жидкой и твердой фракции. При разделении фракции в емкости-накопителе осаждение помета происходит за 10-20 дней (иногда до 36 дней). В твердом остатке имеется 20-28 % неорганических веществ, в основном кальция, фосфора, хлора (A.G. Morkus, R.S. Laurinavicius 1983), 8,4 % азота (в протеине и мочевой кислоте). После действия микробов (в процессе нитрификации) остается 50-60 % начального азота, окиси аммиака (NO3) - до 25 %.
К характеристике помета относится и такой важный показатель, как продолжительность выживания различных возбудителей болезней. Так, сальмонеллы в помете кур выживают более 100 дней, пастереллы — 30-72 дня, листерии - 161 день, микобактерии туберкулеза и кокцидии - более 12 месяцев. Выживаемость возбудителей вирусных болезней следующая: псевдочумы — 7-30 дней, оспы - 28-182 дня, болезни Марека - более 6 месяцев (В.П. Кури 1977). Вирус гепатита утят сохраняется в помете до 37 дней. По данным, в четырех исследованных пробах свежего помета кур общая микробная обсемененность составляла 130-170 млн. на 1 мл. Из помета выделены кишечная палочка, энетерококки, клостридии, сальмонеллы, яйца аскаридий (Е.Е. Шумакович 1965).
В 1996 году Свердловским областным комитетом по охране природы была проведена Коллегия, на которой рассматривался вопрос о выполнении природоохранительного законодательства на птицефабриках Средуралптицепрома. Была отмечена крайняя недостаточность и малоэффективность проводимых природоохранных мероприятий и низкие темпы внедрения современных технологий по предотвращению негативного влияния на водные экосистемы сточных вод с водосборной территории птицеводческих предприятий. За истекший период времени проблема переработки, утилизации, обезвреживания отходов птицехозяйств не утратила своей актуальности и стоит в области очень остро. Ежегодно только в одной Свердловской области образуется около 400 тысяч тонн отходов птицеводства, поэтому вопросы безусловного решения проблем экологически безопасного развития сельского хозяйства, утилизации сельхозотходов, создание здоровой среды обитания в городах и населенных пунктах птицепрома включены в основное положение государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития.
По имеющимся данным исследований установлено, что птицеводческие комплексы являются мощными источниками бактериального и химического загрязнений биосферы.
По данным Госкомэкологии Свердловской области в настоящее время в области более 30 хозяйств занимаются птицеводством, 25 из которых входят в территориальное межотраслевое управление по птицеводству и комбикормовой промышленности и в ассоциацию «Средуралптицепром».
Среднегодовое поголовье птицы «Средуралптицепрома» составило в 1999 году около 11 млн. голов. Объем образования отходов по «Средуралптицепрому» в 1999 году возрос по сравнению с 1996 годом на 7 %, а по сравнению с 1998 годом -на 12 % и составил 395,8 тысяч тонн и 9,9 тысяч м3 отходов производства и потребления. Объем образования помета составил 381,1 тысяч тонн. Таким образом, поверхностный сток, образовавшийся с полигонов для хранения птичьего помета и с селитебных территорий птицепрома по своему бактериологическому и химическому составу оказывает огромное негативное воздействия на водные экосистемы.
Основными источниками загрязнения поверхностного стока с селитебных территорий птицеводческих предприятий являются пылевые и газообразные выбросы в атмосферу данного производства, централизованных и индивидуальных отопительных систем; выбросы от автотранспорта, поступающие на поверхность земли и воды как непосредственно, так и с атмосферными осадками.
Перспективы интенсификации методов биозащиты на основе агрегатопонной системы
Отмеченные выше недостатки ботанических площадок, на наш взгляд, можно устранить путем аккумулирования загрязнений на сорбенте, являющимся одновременно твердым субстратом для воздушно-водной растительности (ВВР), проведения деструкции загрязняющих веществ, задержанных твердым субстратом, с помощью ВВР в теплый период года. Конструкция ботанической площадки должна обеспечивать движение воды сверху вниз и снизу вверх, что позволит эффективно использовать высокорегенерирующую способность ризосферы растений. Таким образом, сочетание физико-химических (отстаивание, фильтрация, сорбция, ионный обмен), биологических методов очистки воды и регенерации субстрата в одном сооружении позволит достигнуть поставленной цели в решении проблемы защиты водных объектов от поверхностного стока с водосборной территорий птицеводческих предприятий.
Концепция биоэкозащиты водоисточников от негативного влияния талых и дождевых сточных вод с ПХ1І11 и с селитебных территорий ПК должна заключаться в использовании для очистки данного стока технологий, сочетающих в себе высокую степень очистки сточных вод при удовлетворительных скоростях изъятия загрязнений и минимальных затратах на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.
Реализация данной концепции, по мнению автора, возможна в случае использования на стадии предварительной очистки поверхностного стока от основной массы взвешенных веществ сооружений механической очистки (решетки, песколовки, отстойники, фильтры), а для дальнейшей очистки сточных вод от органических и биогенных веществ, ионов металлов и т.д. ботанического агрегатопонного комплекса, представляющего собой 2х-ступенчатый аккумуляционный фитофильтр (АФФ).
Такая технология позволит вести интенсивную очистку сточных вод в любой временной период образования поверхностного стока, начиная с ранней весны и кончая поздней осенью с использованием механических и физико-химических методов очистки сточных вод (отстаивание, фильтрация, сорбция, ионный обмен), а регенерацию сорбционных, в т.ч. и ионообменных фильтрующих материалов, проводить с помощью воздушно-водных высших растений (тростника) и перифитона в наиболее благоприятный для микрофлоры и растений вегетационный период.
Принцип действия предложенного автором и запатентованного аккумуляционного фитофильтра (Патент на изобретение № 2149836., 1998) состоит в механической доочистке и физико-химической очистке сточных вод от не выделившихся в процессе отстаивания взвешенных веществ, а также изъятия в процессе фильтрации через загрузки, обладающие сорбционными и ионообменными свойствами веществ, находящихся в растворенном и ионном состояниях.
Первая и вторая ступени фитофильтра имеют твердый субстрат — из природных ионообменных материалов - клиноптилолита или опоки. В твердые субстраты первой и второй ступеней высаживаются высшие водные растения (ВВР) - тростник обыкновенный. В отличие от обычных конструкций биоплощадок с горизонтальным движением очищаемой воды жидкость в фитофильтре фильтруется в вертикальном направлении. На первой ступени сверху вниз, на второй - снизу вверх. Такое движение жидкости в фитофильтре позволяет не только эффективно вести очистку сточных вод методами фильтрации, сорбции, ионного обмена, биоокиссления их органической составляющей, но и вовлечь в интенсивную работу кроме перифитона, размещенного на стеблях ВВР, всю их корневую систему. Последняя, в процессе жизнедеятельности растений, т.е. в вегетационный период, выделяет вещества (ССЬ, аминокислоты, сахара и т.д.), изменяет состояние веществ прикорневой зоны ризосферы непосредственно, например, путем выделения С02 (СОг + Н20 = НСОз) и косвенно, создавая благоприятные условия для ризосферной флоры (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли). Схема аккумляциооного фитофильтра представлена на рисунке 3.
Принципиальное отличие процесса очистки сточных вод на ботанических площадках с горизонтальным движением воды и субстратом в виде почвы от фитофильтра, описанной выше конструкции, заключается в том, что в первом варианте возможность повышения гидравлической нагрузки на сооружение лимитируется скоростью биохимической деструкции загрязнений, в то время как в предлагаемом варианте гидравлическая нагрузка на фитофильтр лимитируется скоростью флокуляции, сорбции, ионного обмена, отстаивания и фильтрации, т.е. процессов, протекающих в десятки раз быстрее, чем биологические. В этом случае технологический процесс очистки сточных вод в фитофильтре осуществляется с высокими скоростями в любой период их поступления, в том числе и холодный. Деструкция и утилизация загрязнений биоагентами (тростник, микрофлора, почвенные животные и т.д.) осуществляются в благоприятных для их жизнедеятельности условиях (температура, свет, наличие повышенной концентрации питательных веществ и т.д.).
Поглощение микроэлементов, как и вообще минеральных элементов, растительным организмом - сложный процесс, состоящий из нескольких сопряженных этапов, которым свойственны механизмы, связанные с определенными структурными компонентами тканей растений (Л.А. Ездакова 1973; И.М. Дубинина 1966).
Методики исследований
Исследование гидрологических характеристик проводились в точках 1, 2 и 4. В данных точках определялись сечение водотока, скорость течение жидкости и рассчитывался расход воды в час.
Химический анализ концентрации загрязняющих веществ в сточных водах проводился по методике (Ю.Ю. Лурье, 1973).
Методика исследований влияния загрязненного пометом стока по ферментативной активности водной среды пометосодержащего стока и р. Исток
Исследования уреазы. Уреаза катализирует гидролиз мочевины. Конечными продуктами гидролиза являются аммиак и углекислый газ: H2N- С -NH2 - 2 NH3 + С02 О
Мочевина попадает в воду в составе растительных остатков, навоза и как азотное удобрение. Она образуется в воде в виде продуктов превращения азотистых органических соединений — белков и нуклеиновых кислот.
Колориметрический метод определения активности уреазы основан на учете аммиака, образующегося при гидролизе мочевины (В.Г. Минеева 1983).
Исследования нитратредуктазы. Процессы восстановления нитратного азота до аммиака катализируют ферменты нитратредуктаза и нитритредуктаза. Нитратредуктаза действует на восстановленный НАД в качестве донора водорода и переносит водород к кислороду нитратов. В результате действия нитратредуктазы нитраты превращаются в нитриты:
НАД Н2 + N03 = НАД + NO/ + Н20
Метод определения активности нитратредуктазы в воде основан на учете уменьшения количества нитратного азота при инкубации воды и проводился по методике (В.Г. Минеева 1983).
Методика гидробиологических исследований пометосодержащего стока и р. Исток
Определение количества гидробионтов проводили по методике, принятой для почвенно-зоологических и гидробиологических анализов. При этом учитывали следующие величины:
объем исследований жидкости;
площадь покровного или предметного стекла «раздавленная капля»;
количество гидробионтов в одном или нескольких полях зрения микроскопа при определенном увеличении;
при подсчете общего количества макро, мезо и микробентоса и планктона брали усредненные величины от микроскопирования 10-20 и более полей зрения в зависимости от характера (плотности) распределения организмов в препарате;
количество гидробионтов на объем исследованной жидкости (мл) и пересчет на 1 мл.
Видовой состав гидробионтов проводили по методикам. (В.Е. Заика 1983; А.В. Макрушин 1974; В.В. Меншуткин 1971; З.Ф. Федоров 1979).
Методика микробиологических и химических исследований пометосодержащего стока up. Исток
Окисляемость, содержание аммиачных соединений, нитрат-нитритов проводили с помощью общегигиенических методик исследований.
Микробиологические методы исследований применены по определению количества микробных тел в 1 мл воды с использованием обычных питательных сред и диагностической среды Эндо. (В.Г. Судаков и др.). Экспериментальная работа в рамках данной работы выполнялась в лабораторных и полевых условиях. При этом на каждом этапе исследований решались вполне определенные задачи, что предопределяло методику и технологическое оформление исследований. Однако, методический подход, используемый в исследованиях, оставался постоянным.
Методика проведения исследований сорбционной емкости клиноптилолита и опоки в статических условиях.
В пилотной модели аккумуляционного фитофильтра (АФФ) в качестве фильтрующей загрузки применяли клиноптилолит и опоку. Для исследования процесса очистки поверхностных сточных вод от биогенных элементов и ионов тяжелых металлов клиноптилолитом изучали его сорбционную емкость в статических условиях. При этом имитат талого и дождевого стока имел следующий состав, мг/л: N/NH4 - 459, Р/Р03 4 - 163, К+ - 633, Feo6llI - 535, Zn2+ - 519, Cu2+ - 434, рН - 4,1 при комнатной температуре (20 С). Масса сорбента составляла 150 г. Исследования выполнялись с фракцией сорбента 1,0-3,0 мм.
Сорбент заливали раствором имитата в количестве 1 дм3 и тщательно перемешивали. Время контакта раствора с сорбентом было следующим: 30 минут, 1 час, 24 часа и 120 часов. После каждого промежутка времени отбирались пробы раствора и выполнялись химические анализы по известным методикам (Ю.Ю. Лурье 1973). Обменная емкость сорбента вычислялась по разнице концентраций исходного и очищенного имитата сточных вод, отнесенной к весу цеолита. Методика проведения исследований сорбционной емкости клиноптилолита и опоки в динамических условиях.
Исследования проводились в лабораторных условиях. Установка состояла из двенадцати фильтровальных колонок диаметром 25 мм, 6 из которых были заполнены клиноптилолитом, а 6 других - опокой, что обеспечивало возможность проведения опыта в двух повторностях. В каждую колонку засыпалось 50 см3 чистого сорбента - фильтрующей загрузки. В качестве сорбента использовались клиноптилолит Холинского месторождения Читинской области - (NaK)4CaAl6Si3oOi2 и опока с Сухоложского месторождения Свердловской области. Через сорбенты каждой колонки профильтровывался имитат сточных вод, содержащий (по отдельности) ионы тяжелых металлов в концентрациях, мг/л: железо - 3; цинк - 15; медь - 8. Скорость фильтрации имитата была принята в пределах 0,3 м/час и регулировалась зажимом на подающем трубопроводе. Это обеспечивало контакт жидкости с твердым субстратом в пределах 15 минут. Над поверхностью твердого субстрата поддерживался слой жидкости толщиной 1 см, что обеспечивало равномерность фильтрации по всей площади фильтра. Колонки были снабжены трубопроводами подачи и отвода питательного субстрата, запорной арматурой. Измерение расхода сточных вод осуществлялось объемным методом с помощью секундомера и мерной емкости. Пробы воды отбирались через каждые 500 мл и анализировались на присутствие в них ионов тяжелых металлов в химико-технологической лаборатории РосНИИВХ по стандартным методикам (Ю.Ю. Лурье 1973). Через сорбенты было пропущено 14 литров имитатов, что примерно в 300 раз превышает объем самого сорбента. Методика проведения исследований по очистке имитатов поверхностного стока на лабораторных А ФФ.
Объектами исследований были:
Высшая водная растительность фитофильтра - тростник.
Питательный субстрат: исследования выполнялись с имитатами дождевого и талого стока. В качестве загрязняющих веществ использовались биогенные вещества - азот аммонийный и минеральный фосфор в виде фосфорнокислого трехзамещенного натрия (Na3P04x 12Н20).
Твердый субстрат - клиноптилолит и почва.
Учитывая достаточно высокую сорбционную, в том числе, и ионнообменную емкость клиноптилолита по изучаемым компонентам подачу имитатов, с целью сокращения времени на использование сорбционной емкости твердого субстрата, перед началом исследований выполняли путем фильтрации подачу через него имитатов дождевого и талого стоков с высокой концентрацией биогенов. По N(NH4+) концентрация была в пределах 530-690 мг/л, а по Р(РС 4 ) в пределах 150-170мг/л.
