Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы очистки оросительной воды от мусора растительного происхождения в открытых каналах и водозаборах 9
1.1 Анализ состояния проблемы 9
1.2 Факторы интенсивного размножения водорослей 20
1.3 Литературный обзор средств по очистке оросительной воды от мусора и водорослей 29
2 Уравнения гидродинамики и диффузии 39
2.1 Исходные уравнения 39
2.2 Уравнения гидродинамики в двумерном в плане приближении 43
2.3 У равнение диффузии в двумерном в плане приближении 49
2.4 Диффузия примеси в равномерном потоке воды 54
2.5 Стационарная диффузия в равномерном потоке 57
2.6 Продольная нестационарная диффузия в равномерном потоке 60
2.7 Постановка краевой задачи 62
2.8 Решение краевой задачи методом малых возмущений 63
2.9 Решение задачи в нулевом и последующих приближениях 65
2.10 Частные случаи диффузии примеси в открытом канале 66
2.11 Проведение вычислительных экспериментов 69
2.12 Применение асимптотических разложений 79
3 CLASS Разработка технического предложения по механической очистке оросительной вод CLASS ы 82
3.1 Применение эффекта искусственной поперечной циркуляции потока 82
3.2 Техническое предложение и основные характеристики устройства активной механической очистки оросительной воды
3.3 Теоретическое обоснование основных размеров устройства активной механической очистки оросительной воды 86
3.4 Определение сопротивления воды при движении 88
3.5. Выбор движителя устройства активной механической очистки оросительной воды 90
4 CLASS Утилизация водорослевой массы для удобрения сельскохозяйственных культу CLASS р 94
4.1 Проблемы повышения плодородия сельскохозяйственных угодий на территории РФ 94
4.2 Влияние водорослевой массы на урожайность сельскохозяйственных культур 97
4.3. Утилизация водорослевой массы 102
5 CLASS Экономическая оценка устройства активной механической очистки оросительной вод CLASS ы 104
Выводы по диссертации 108
Список использованной литературы
- Факторы интенсивного размножения водорослей
- Уравнения гидродинамики в двумерном в плане приближении
- Техническое предложение и основные характеристики устройства активной механической очистки оросительной воды
- Влияние водорослевой массы на урожайность сельскохозяйственных культур
Введение к работе
Создание благоприятных условий для наиболее полного использования биоклиматического и социально- экономического потенциалов, направленных на обеспечение населения страны достаточным количеством продовольствия, всегда остаётся важнейшей обязанностью государства. Возможности решения этой проблемы определяются наличием в стране пригодных для сельскохозяйственного производства земель, их биоклиматическим потенциалом [43].
Реализация национального проекта по развитию АПК России, предусматривающего увеличение объёмов производства животноводческой продукции, невозможна без наличия устойчивой кормовой базы.
В природных и социально - экономических условиях современной России создать такую базу позволит лишь восстановление мелиорации после негативных изменений, которым подвергся мелиоративный комплекс страны за годы реформирования АПК.
Развитие мелиорации в России, происходившее в 1966-1990 годы, в последние десятилетия в силу различных проблем, связанных с переходом страны к рыночной экономике, было приостановлено. Практически прекратились работы по строительству, ремонту и реконструкции мелиоративных систем, вследствие чего значительно ухудшилось их техническое состояние. Площадь орошаемых земель сократилась по сравнению с 1991 г. на 24 %, осушаемых - на 9 %, более чем на 50 % площади орошаемых земель наблюдаются подъём грунтовых вод, засоление, происходит заболачивание земель. Всё это приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур и, как следствие, снижению продуктивности животноводства [2].
Эффективность мелиорации оценивается не только уровнем урожая, но и подержанием благоприятных экологических условий для человека и агро-ландшафта, рациональной системы защиты окружающей среды [105].
Основным условием рационального использования водных и энергетических ресурсов в орошаемом земледелии является оперативное управление водозабором - водораспределением на основе достоверных данных о подаче, потреблении и сбросе воды на оросительных системах. При этом всё большую актуальность приобретают вопросы обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений, непосредственно влияющих на экологическую обстановку в зоне орошения. Между тем современное состояние орошаемых земель в стране требует выполнение огромных работ по модернизации оросительных систем [10].
Анализ опыта эксплуатации оросительных систем Поволжья указывает, что одной из причин снилсающих эксплуатационные показатели работы насосных станций, является недопустимая засорённость оросительной воды в подводящих открытых каналах. Очистка оросительной воды в настоящее время производится на водозаборах насосных станций с помощью касет, сеток, сороудерживающих решеток. Эффективность данного способа очень низкая. Обычно около решёток скапливаются растительные остатіш, масса которых достигает от 30 до 60 кг. Большая их часть (до 86 %) располагается у поверхности воды [6, 19].
В этих условиях сороудерживающие и рыбозащитные решётки забиваются, нарушается нормальное функционирование насосной станции и всей сети в целом. Из одной камеры насосной станции ежегодно удаляется от 160 до 200 м растительных остатков. Очистка решёток производится вручную с марта по ноябрь. Объём извлекаемой массы крайне неравномерен. Затраты на выполнение этих работ достаточно велики.
Засорённость сороудерживающих решёток может вызвать увеличение потребления электроэнергии в 1,5-2 раза на каждый кубометр поданной воды [6,18,19,31].
Для оросительных систем Поволжья главным засорителем оросительной воды являются водоросли, сорная и культурная растительность, листва, семена и др.
В течение поливного сезона растительная масса добывается тоннами из оросительной воды и зачастую становится «мусором» для территорий насосных и водоочистных станций, за счёт чего возникает проблема утилизации растительных остатков с территории насосных и очистных станций [19].
Таким образом, проблема очистки оросительной воды от мусора растительного происхождения и его утилизация являются актуальными и требуют дополнительных теоретических исследований, и конструктивных проработок.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - разработка научного обоснования развития процесса загрязнения оросительной воды мусором растительного происхождения и совершенствование способов очистки оросительной воды с последующей утилизацией растительных наносов.
Задачи исследований:
провести анализ современных технических средств и способов очистки оросительной воды на водозаборах насосных станций;
разработать методику использования математической модели и дать теоретическое обоснование процесса распространения органических примесей в мелиоративном канале;
провести вычислительные эксперименты и сравнить результаты натурных и вычислительных экспериментов процесса загрязнения оросительной воды мусором растительного происхождения;
разработать конструкцию устройства активной механической очистки оросительной воды от мусора растительного происхождения;
разработать научно-обоснованные предложения по утилизации собранного мусора.
Объект исследования - мелиоративные каналы и водозаборы насосных станций Саратовской области.
Методика исследований - разработка методики теоретического исследования по математической модели процесса распространения органических примесей в мелиоративном канале; вычислительные эксперименты по
полученной модели на ЭВМ; сравнение результатов вычислительных экспериментов с известными натурными экспериментами.
Научная новизна работы. В результате исследований разработана методика использования математической модели процесса распространения органических примесей в мелиоративном канале и рассмотрены частные случаи решения для практически важных случаев, встречающихся при эксплуатации мелиоративных каналов. На основе математической модели разработаны программы, с помощью которых проведено моделирование процесса распространения органичесішх примесей в зависимости от времени и расстояния. Разработано устройство активной механической очистки оросительной воды от мусора растительного происхождения. Основные положения, выносимые на защиту:
методика использования математической модели для процесса распространения органических примесей в мелиоративном канале;
методика расчета загрязнения оросительной воды на основе вычислительных экспериментов;
устройство активной механической очистки оросительной воды от мусора растительного происхождения;
предложения по утилизации мусора растительного происхождения. Практическая значимость. Разработанная методика использования
математической модели процесса распространения органических примесей в мелиоративном канале дает возможность моделирования данного процесса на ЭВМ. Использование разработанного устройства активной механической очистки позволит повысить показатели работы насосных станций и дождевальных машин, что в свою очередь, обеспечит увеличение урожайности сельскохозяйственных культур.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались:
- на Всероссийской научно - практической конференции, посвященной
118-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова, «Вавиловские
чтения -2005», Саратов 2005 г.;
- на второй Всероссийской научно - практической конференции «Аг
рарная наука в XXI веке: проблемы и перспективы», Саратов 2007 г.;
- на Международной научно - практической конференции «Проблемы
землепользования в зоне рискованного земледелия», Саратов 2007 г.;
- на научно - практической конференции молодых учёных Приволж
ского федерального округа «Роль молодых ученых в реализации националь
ного проекта «Развитие АПК», Саратов 2007 г.;
- на конференции, посвященной 120-й годовщине со дня рождения
академика Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения -2007», Саратов 2007 г.;
-на ежегодных профессорско-преподавательских конференциях Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И.Вавилова в 2003-2009 гг;
- на теоретическом семинаре инженерных факультетов ФГОУ ВПО
ВГСХАв2009г.;
непосредственно использовались при проведении проектных и ремонт-но-эксплуатационных работ на Энгельсской и Приволжской оросительных системах.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из них 1 патент Российской Федерации на полезную модель, 2 работы в издании, входящем в перечень ВАК. Общий объем публикаций составляет 1,95 печ. л., из них лично соискателя - 1,33 печ. л.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 121 наименование (из них 14 - на иностранном языке), 7 приложений. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, включая 11 таблиц и 48 рисунков.
Факторы интенсивного размножения водорослей
При эксплуатации мелиоративных систем значительную трудоёмкость представляет процесс удаления растительности из каналов, заполненных водой, и с решёток насосных станций. Обычно около решёток скапливаются растительные остатки, масса которых достигает от 30 до 60 кг. Большая их часть (до 86 %) располагается согласно рисунку 1.6 у поверхности воды [6].
В этих условиях сороудерживаюшие и рыбозаградительные решётки забиваются, нарушается нормальное функционирование насосной станции и всей сети в целом. По представленным данным, из одной камеры насосной станции ежегодно удаляется от 160 до 200 м3 растительных остатков. Очистка решёток производится с марта по ноябрь. Объём извлекаемой массы крайне неравномерен. Затраты на выполнение этих работ достаточно велики.
Возбудителями «цветения» воды в водоёмах являются синезелёные водоросли. В последнее время отмечено увеличение видового богатства, что является одним из признаков антропогенного экологического напряжения в водоемах [5, 100]. Данный факт является общепризнанным показателем процесса эвтрофирования. Как известно, эвтрофирование поверхностных вод обусловлено, прежде всего, избыточным поступлением в них соединений азота и фосфора.
К наиболее распространенным культурам в каналах Саратовской области можно отнести Microcystis aeruginosa и Anabaena variabilis. К интенсивному развитию врдорослей приводят ряд факторов, которые оказывают большое влияние на их размножение. Рассмотрим некоторые из них. Влияние температуры на продуктивность водорослей Температура - существенный фактор, определяющий рост, развитие и продуктивность микроводорослей. В росте и развитии каждого вида можно определить температурные минимумы, оптимумы и максимумы [15, 29, 92]. Попадая в экстремальные условия, водоросли приостанавливают свой рост и развитие, переходят в покоящееся состояние.
Обильное «цветение» воды в летний период вызвано водорослями, характеризующимися высокой приспособляемостью к температурным условиям. Для наглядности на рисунке 1.8 приведены данные по влиянию температуры на продуктивность распространенных видов водорослей [92].
Развитие водорослей ограничивается проникновением света. Поэтому продолжительность освещения и сила светового потока, являются важными факторами для развития водорослей. В мелких водоёмах, где условия практически однородны, их развитие происходит более интенсивно, и они могут развиваться по всей толще воды [17, 92]. Изучив опытные данные [92] и сделав анализ, можно сказать, что световой режим является одним из важных факторов, определяющих величину прироста биомассы водорослей. С увеличением интенсивности света прирост биомассы водорослей находится в прямой зависимости от интенсивности светового потока Данный факт подтверждает интенсивное развитие водорослей в летний период, когда продолжительность светового дня становится максимальной.
Имеющиеся в литературе сведения свидетельствуют о том, что развитие синезеленых водорослей до степени «цветения» может происходить при незначительном количестве фосфора в водоёме. Согласно [17, 92] синезелё-ные водоросли характеризуются хорошей способностью фосфорного голодания, что обуславливает способность клеток накапливать фосфор про запас и затем экономно его использовать.
Исключение фосфора из среды резко тормозит размножение Microcystis Aeruginosa, если водоросль ранее голодала по фосфору. Однако если водоросль находилась в среде насыщенной фосфором, то в этом случае количество клеток через месяц составляло 500% от начальной концентрации.
Роль концентрации водородных ионов в продуктивности синезелёных водорослей Концентрация водородных ионов в водоёме играет важную роль для процессов роста синезелёных водорослей. Несмотря на то, что рост водорослевой массы возможен в широком диапазоне от рН 4 до рН 11, максимальный прирост биомассы возможен только в определённом интервале рН, так для Microcystis Aeruginosa — между 8,5 - 9,5 [92]. Интенсивность фотосинтеза у данных водорослей при различной концентрации водородных ионов представлена в таблице 1.7, согласно интенсивность фотосинтеза водорослей аналогично приросту массы с возрастанием рН до оптимальных его значений увеличивается. Оптимумы рН для роста и фотосинтеза совпадают.
Уравнения гидродинамики в двумерном в плане приближении
В зависимости от назначения прикладной задачи расчет выполняется по той или иной математической модели (одномерной, плоской, плановой и т.д.). Плоская задача является естественным обобщением одномерной задачи, в этом случае поля скоростей и ускорений одинаковы во всех плоскостях, перпендикулярных выбранной координатной оси, вдоль которой скорости и ускорения постоянны, в частности, могут быть нулевыми [28]. Весьма часто водотоки и водохранилища характеризуются тем, что их вертикальный размер (глубина потока) в несколько раз меньше горизонтального размера (ширина потока поверху), а кривизна линий тока в вертикальной плоскости незначительна. Такие потоки называются двумерными плановыми или просто плановыми. Для описания таких потоков можно ограничиться двумя пространственными координатами, т.е. решать двумерную задачу [28, 34, 104].
Плановая задача по существу описывает трехмерное движение жидкости и в отличие от плоской задачи позволяет учитывать изменение глубины потока, неравномерность распределения местной скорости по глубине потока, рельеф дна, силы сопротивления, вторичные течения поперечной циркуляции и образование зон возвратных течений (водоворотных зон). Поэтому с математической точки зрения ішановая задача существенно сложнее плоской двумерной задачи.
Таким образом, гидродинамическая плановая задача в общей постановке заключается в расчете поля средних по вертикали скоростей, концентраций примеси, линий тока и отметок свободной поверхности потока в плане. Плановая постановка задачи применима к достаточно широкому классу реальных движений воды. Следуя Б.Т. Емцеву [28], можно считать, что двумерным плановым приближенно является всякий открытый поток, у которого характерный горизонтальный размер - ширина по верху В больше характерного вертикального размера - глубины потока h, а рельеф дна является достаточно плавным.
Оба условия должны выполняться при произвольном направлении вектора скорости. Если же этот вектор направлен вдоль одной из осей х, у, то достаточно одного условия [28]. Плановая модель потока заведомо не применима к течениям, характеризующимся значительной неравномерностью распределения скорости и концентрации примеси по глубине потока [30, 104].
Плановый подход к решению задач прикладной гидродинамики успешно применяется в речной гидравлике при расчете нижних бьефов гидроузлов, проточных водохранилищ, прудов, ковшовых водозаборов, определении полей концентрации примесей, взвесей мехашиеского и биологического происхождения и т.д.
Как отмечает И.А. Шеренков [104], плановую двумерную идеализацию можно рассматривать как первое приближение в решении трехмерных задач, когда гидродинамические параметры потока уточняются в ходе последовательных приближений. Примером такого подхода служит метод расчета вторичных течений поперечной циркуляции, в котором значения осредненных по глубине скоростей используются в уравнениях поперечной циркуляции в качестве параметров, а по найденной скорости поперечной циркуляции уточняются значения средних по глубине скоростей и т.д.
Впервые постановка плановой задачи гидравлики осуществлена Н.М. Вернадским [8, 9] иВ.М. Маккавеевым [52]. Теория и методы решения задач плановой гидравлики наиболее полно изложены в работах Н.М. Вернадского [8, 9], В.М. Маккавеева [52], Г.И. Сухомела [97, 98], И.И. Леви [48], Б.Т. Емцева [28], И.А. Шеренкова [104], Л.И. Высоцкого [11, 12, 13], А.И. Есина [30].
В результате осреднения уравнений Рейнольдса по глубине потока в уравнениях плановой гидравлики, помимо слагаемых, учитывающих вклад касательных турбулентных напряжений, появляются слагаемые, выражающие вклад нормальных турбулентных напряжений. Согласно натурным экспериментам И.А. Шеренкова [104] величина нормальных турбулентных напряжений на один — два порядка меньше величины инерционных членов уравнений, поэтому в уравнениях плановой гидравлики нормальными турбулентными напряжениями пренебрегают.
Как показывают исследования Фишера [112, 113], ТСараушева [40], Эл-дера [110], значения коэффициентов турбулентной диффузии Є7 в горизонтальном направлении в открытых потоках практически не зависят от вертикальной координаты z, а эффект конвективного переноса примеси в результате неравномерности распределения скоростей по вертикали и вторичных течений поперечной циркуляции обязательно проявляется при переходе от рассмотрения действительного движения воды и распространения примеси к рассмотрению осредненного по глубине движения и распространения примеси.
Если бы распределение скоростей по глубине было равномерным, то «облако» примеси должно было бы переноситься потоком со средней скоро стью V = const за счет турбулентной и молекулярной диффузии в соответствии с рисунком 2.2а, б.
Поскольку действительное распределение осредненных скоростей по глубине неравномерное в соответствии с рисунком 2.2в, то в верхних слоях, где их V, примесь распространяется вниз по течению быстрее, чем в нижних слоях, где их V, т.е. в результате конвективного переноса (дисперсии) примесь в верхних слоях распространяется гораздо ниже по течению за счет больших скоростей у поверхности воды. Такое же воздействие на распространение примеси в поперечном направлении оказывают вторичные течения поперечной циркуляции [30].
При исследовании распределения средней по глубине концентрации примеси установлено [57, 104], что дисперсия накладывается на диффузию примеси и распространение осредненной по глубине примеси происходит быстрее по сравнению с распространением примеси за счет турбулентной диффузии.
Если исходить из гипотезы Рейнольдса-Буссинеска, то наряд}7 с молекулярной диффузией необходимо учитывать эффект турбулентной диффузии, причем практически всегда имеет место оценка м « Єр.
При рассмотрении плановой задачи наряду с турбулентной диффузией необходимо учитывать дисперсию или конвективный перепое примеси. На конвективный перенос существенно влияет вертикальная турбулентная диффузия, сглаживающая неравномерность распределения местной концентрации по глубине потока [104].
Техническое предложение и основные характеристики устройства активной механической очистки оросительной воды
Проведя литературный обзор и патентно-лицензионный поиск, а так же проанализировав существующие технические решения для разработки механического способа очистки, нами было разработано устройство и получен патент на полезную модель [86]. Изобретение относится к устройствам активной механической очистки воды и предназначено для сбора растительного мусора с поверхности воды и может применяться как для очистки оросительных каналов, так и на реках и озерах. На рисунке 3.1а представлена схема устройства активной механической очистки оросительной воды от мусора и водорослей на водозаборах насосных станций и оросительных каналах. Устройство включает два поплавка І, которые закреплены между собой жестко рамой 2. На одном из поплавков размещены емкость 3 для сбора мусора, транспортерная лента 4 и лоток 5. На втором поплавке расположены двигатель б, бак для топлива 7 и рулевой механизм 8, представляющий собой металлическую или деревянную пластину, которая поворачивается на петлях. Также предусмотрено место 9 для размещения человека. Гребное колесо 11 расположено между поплавками на стальном трубчатом гребном валу 10, который вращается в подшипниках, установленных на соединительной раме.
Устройство работает следующим образом. При запуске двигателя б, приводится в движение гребное колесо 11 (см. рисунок 3.1а), за счёт чего всё устройство начинает перемещаться в нужном направлении с помощью рулевого механизма 8, захватывая лотком 5 плавающий на поверхности воды мусор. За счёт ремённой передачи 12 рисунок 3.16), которая соединена с валом 70, посредствам шестерен 14, одновременно с гребным колесом приводится в движение транспортёрная лента 4, когорая вращается в противоположную сторону относительно вращения вала 10. С помощью транспортёрной ленты 4 мусор поступает в ёмкость 3, вода выходит через отверстия 13. Мусор накапливается в мусоросборнике и при наполнении, его снимают и опорожняют.
При назначении основных размеров устройства необходимо учитывать действительную осадку. При установке гребного колеса уменьшение осадки может привести к выходу плиц из воды, что уменьшит или полностью сведет на нет их полезную работу. Увеличение осадки вызовет погружение в воду гребного вала, что ухудшает работу гребного колеса и снижает коэффициент полезного действия. Рекомендуется проверить осадку на плаву, а затем приступать к установке движителя.
Ширина устройства вместе с положением его центра тяжести по высоте определяет его остойчивость, т.е. способность устройства, выведенного из положения равновесия воздействием внешних сил, возвращаться в состояние равновесия после прекращения этого воздействия. При необходимости увеличения остойчивости следует увеличить расстояние между поплавками, учитывая допустимую ширину устройства и увеличение веса соединительной рамы. Согласно теоретичесюїм расчетам, минимальное расстояние между поплавками равное 1200 мм, обеспечивает достаточную остойчивость устройства.
При проектировании поплавков необходимо знать основные параметры: - длина поплавка L; - ширина поплавка В; - высота Н; - осадка Т; - коэффициент общей полноты погруженной части поплавка б. Вышеперечисленные параметры выбираются на основе рекоменда ций, выработанных практикой проектирования судов. С точки зрения управляемости расположение руля наиболее рационально непосредственно за корпусом. Величина возникающей на руле силы, образующей момент, зависит от площади руля и будет тем больше чем больше эта площадь. По конструкции рули возможны как пластинчатые, так и профилированные. Основные размеры гребного колеса определяются исходя из условий наивысшего коэффициента полезного действия и достаточной прочности конструкции. Площадь, форма и количество плиц, а так же скорость вращения гребного колеса и глубина погружешія в воду7 определяется расчетным способом путем сопоставления сопротивления воды движению устройств}7 активной механической очистки и мощности, развиваемой при вращении двигателем. Имея зависимость сопротивления воды от скорости, для необходимого значения скорости снимают величину сопротивления, после чего определяется число оборотов, размеры колеса и его коэффициент полезного действия.
Соотношение между данными видами сопротивлений зависит от скорости хода. При невысоких скоростях сопротивление давления невелико и основную роль играет трение; при высокой скорости сопротивление давления приобретает значение главной составляющей сопротивления воды. С учетом назначения устройства активной механической очистки оросительной воды основной составляющей сопротивления будет являться сопротивление трения.
Земля, почва - главное богатство любой страны, источник существования всего человечества. Проблема сбережения и повышения почвенного плодородия приобретает первостепенное значение во всех странах мира. В связи с ростом численности населения, площадь пашни на каждого человека будет уменьшаться. Чтобы удовлетворить потребности населения в продуктах питания, с каждого гектара пашни нужно получать все больше продукции [25].
В системе мер по повышению плодородия почв главное место занимают научно обоснованные севообороты и обеспечение почвы органическим веществом. В современном сельскохозяйственном производстве применение удобрений является приемом не только повышения урожайности сельскохозяйственных культур, но и сохранения плодородия почв, восполнения выноса питательных веществ с урожаем [ 22, 86, 103].
Влияние водорослевой массы на урожайность сельскохозяйственных культур
В настоящее время существует множество методов удаления растительного мусора из воды, но остаётся проблема утилизации растительных остатков. В течение поливного сезона из оросительных каналов их добывают тоннами, и зачастую они становятся «мусором» для территорий насосных и водоочистных станций [6, 36, 56].
При решении проблемы утилизации растительного остатка с территории насосных и очистных станций, следует учесть, что наряду с планктоном в оросительной воде присутствует ряд других включений растительного происхождения (сено, солома, ветки кустарника, камыша и т.д.). Поэтому наиболее подходящим является переработка растительных остатков в удобрения для сельскохозяйственных культур.
В настоящее время при усиливающемся антропогенном воздействии на агросистемы все большее значение приобретают приемы биологизации земледелия, включая рациональное применение навоза и других органических удобрений. Возрастает интерес к альтернатігоньїм системам, основанным на внесении одних органических удобрений и полном отказе от минеральных. Главный довод при этом — возможность получения чистой продукции и защита от загрязнения окружающей среды [21].
Проблемы загрязнения окружающей среды вследствие применения химикатов заключаются, например — в несовершенстве организационных форм, технологий их транспортировки, хранения, применения, нарушения технологии их внесения в севообороте и под отдельные культуры (в том числе неумеренное или несбалансированное), несовершенство самих препаратов, их химических, физических и механических свойств и многое другое.
Водорослевая масса содержит 10% азота, 07-1,52% фосфора, 1,71% калия, 44% органического вещества, значительное количество кальция и магния [58]. Наиболее распространённое органическое удобрение — навоз — содержит соответственно 20-25% органического вещества, 0,5-1% азота, 0,2-0,3% фосфора, 0,5-0,7% калия. На рисунке 4.2 показано сравнительное соотношение питательных веществ в водорослевой массе и навозе [16,58]. 30 25
Отдача от применения удобрений в орошаемом земледелии выше, чем при богарных условиях. Наиболее эффективно применение удобрений при возделывании овощных культур. Согласно [58] собранная в период «цветения» воды масса синезелёных водорослей, существенно влияет на рост, развитие и продуктивность озимой пшеницы, капусты, томатов. Химический анализ планктонных водорослей показывает [15], что по питательности они не уступают хорошему сену.
Учитывая, что массу водорослей в большом количестве можно получить в конце лета, когда большинство растений уже заканчивает свою вегетацию, использование водорослевых удобрений в широких масштабах может быть осуществлено в первую очередь под озимые культуры. Свежесобранную водорослевую массу можно использовать также под овощные культуры с поливной водой [21, 58].
Внесение водорослевой массы оказывает существенное положительное влияние на процессы метаболизма и урожай озимой пшеницы. Внесение в почву данного вида удобрения особенно благоприятно влияет на содержание пигментов в листьях озимой пшеницы в период зимовки растений.
При внесении жидкой и сухой водорослевой массы отмечается более высокое содержание хлорофилла по сравнению с контрольными растениями [58]. При внесении водорослевой массы под озимую пшеницу в осенний период наблюдаются изменения в азотном обмене растений. При подкормке растений осенью увеличивается содержание белкового азота, а при внесении водорослевой массы перед вспашкой увеличение количества белкового азота у растений наблюдалось в конце зимнего периода и не наблюдалось в осенний. Это дает основание полагать, что на динамику азота в растениях влияет не только форма внесенной массы, но и способ внесения. сухая водорослевая жидкая водорослевая навоз контроль масса масса
Использование водорослевой массы дает существенное повышение урожая. Как видно из рисунка 4.4, величина прибавки урожая зависит от формы вносимой водорослевой массы [58]. Во всех случаях отмечается увеличение урожая по сравнению с контролем и даже внесением навоза. Величина прибавки урожая зависит от формы и качества внесённых водорослей.
Анализ выше сказанного дает основание рекомендовать хозяйствам, расположенным вблизи водохранилищ, водозаборов насосных станций, использовать водорослевую массу в качестве органического удобрения. В зависимости от периода сбора возможны несколько вариантов утилизации растительной массы. При этом необходимо отметить, что при использовании разнообразной водорослевой массы (сухой, жидкой, свежесобранной, перегнившей), а так же способов внесения не отмечено отрицательного влияния на жизнедеятельность исследуемых растений.
Наиболее экономичным является внесение свежесобранной водорослевой массы, которую можно подавать на поля с помощью оросительной воды. Также использование свежесобранной водорослевой массы может быть осуществлено под озимые культуры.
Однако внесение свежесобранной водорослевой массы, может привести к увеличению количества сорняков, поэтому в зависимости от срочности использования удобрения и достижения требуемого качества возможно компостирование, которое может быть произведено аэробным или анаэробным способом. При необходимости быстрой ферментации органики необходимо применять аэробное компостирование. При данном способе компоненты укладываются без уплотнения, что значительно ускоряет разложение клетчатки. Для усиления доступа воздуха устраивают «дренаж»: укладывается слой камней, битого кирпича и т.д. Бурт должен быть уложен равномерно, иметь правильную геометрическую форму. Через 10-15 дней компостную кучу увлажняют. Срок полной готовности аэробного компоста 1,5-2 месяца, однако в почву его можно вносить уже через месяц.
Анаэробный компост характеризуется более высокой питательной ценностью. Скорость ферментации органики в данном случае ниже, чем при аэробном способе. В зависимости от состава и размера частиц, а также температуры воздуха, полное преобразование органшси в гумусную почву может длиться от 3 до 5 месяцев. Данное компостирование производится в яме глубиной до 0,5 м. Растительную массу при закладке трамбуют и укрывают пленкой, которая позволяет максимально уменьшить доступ воздуха в компост.
Процесс ферментации компостеров сопровождается повышением температуры, что способствует гибели почти всей микрофлоры, в т.ч. патогенной, а также личинок вредителей и семян сорняков, что является очень важным фактом.
Похожие диссертации на Совершенствование технологии очистки воды в оросительных каналах
