Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях с возрастающими масштабами проявляется деградация почв. Это относится и к Нижнему Поволжью; в частности, в Волгоградской области разной степени деградации подвержено примерно 74% пашни. В регионе имеются и многочисленные экологические проблемы.
В большинстве крупных сельскохозяйственных производств заметно сократилось внесение на поля органических удобрений, прежде всего навоза, а также минеральных удобрений. Между тем, на станциях биологической очистки бытовых сточных вод накапливаются иловые осадки – отходы производства. Однако при действующих технологиях очистки осадки включают избыточное количество тяжелых металлов, некачественную органику и патогенную микрофлору. Поэтому осадки не находят должного применения в качестве удобрений в сельском и городском хозяйствах.
Разработанный с нашим непосредственным участием метод аэробной фермент-но-кавитационной обработки исключает указанные серьёзные недостатки. Это вписывается в ныне декларируемые принципы восстановления и поддержания плодородия почв биологическими методами, в том числе за счёт нетрадиционных методов. Весьма важно, что в засушливых условиях Нижнего Поволжья полученный по новой технологии осадок стимулирует самомелиорацию и гумификацию почв, при этом «попутно» решается проблема «отходов производства» в виде осадка. Названная проблема, безусловно, относится к числу особо актуальных.
Цель и задачи исследования. Разработка аэробного ферментно-кавитационного метода как основы совершенствования технологий и средств обработки илового осадка при биологической очистке бытовых сточных вод, получение гумусоподобного осадка, пригодного (после сушки) для использования в качестве органо-минерального удобрения, экспериментально-теоретические исследования по взаимодействию осадка с бедной гумусом почвой и подтверждение эффекта микромелиорации и гумификации при возделывании озимой пшеницы в засушливых условиях.
В соответствии с поставленной целью задачи исследования формулируются следующим образом:
-
Осуществить совершенствование технологий и технических средств биологической очистки бытовых сточных вод, обратив особое внимание на компактность сооружений и их экологичность, повышение эффективности обработки избыточного активного ила (осадка).
-
Разработать и довести до практической реализации аэробный ферментно-кави-тационный метод обработки илового осадка, как составную часть способа биологической очистки сточных вод.
-
Совершенствовать принципы повышения качества осадка за счет глубокой переработки органических веществ, снижения содержания тяжелых металлов, полного подавления патогенной микрофлоры при уменьшении влажности выгружаемого на иловые площадки осадка.
-
Провести анализ и уточнить физико-химические и биологические процессы, протекающие на станциях очистки при ферментно-кавитационной обработке осадка, в том числе путем экспериментальных исследований.
-
Провести агробиологические, физико-химические и санитарно-эпидемиологические исследования высушенного осадка на предмет его использования в качестве ор-гано-минерального удобрения.
-
Выполнить цикл полевых исследований и опытов по возделыванию озимой пшеницы с использованием осадка в качестве удобрения при различных способах основной обработки почвы.
-
Выполнить экспериментально-теоретические исследования по процессам взаимодействия осадка с бедной гумусом почвой и обосновать возникновение эффекта микромелиорации и гумификации при возделывании зерновых колосовых культур в засушливых условиях, определив при этом роль серы.
-
Определить качественные и физико-химические показатели почвы в процессе и после завершения вегетации озимой пшеницы, а также урожайность последней при использовании осадка.
-
Предложить перспективные технологии получения комплексных удобрений на основе осадка и способы их заделки в почву.
10. Определить эффективность нового метода обработки осадка, в том числе при
использовании осадка в качестве удобрения в засушливых условиях.
Объекты и предмет исследования. Технологические и технические решения по системам очистки сточных вод производительностью до 10 тыс. м3/сутки с реализацией аэробного ферментно-кавитационного метода обработки илового осадка.
Научная новизна. Предложен и реализован аэробный ферментно-кавитацион-ный метод обработки илового осадка при биологической очистке бытовых сточных вод, обеспечивающий снижение энергозатрат, влагоемкости осадка, концентрации тяжелых металлов, токсичных веществ, при повышении содержания серы, полное обеззараживание, глубокая переработки органики, что достигается за счёт применения кавитации низкой интенсивности, повышения каталитических свойств ферментов и окислительной способности активного ила. В результате этого после внесения полученного осадка в светло-каштановые почвы проявляется эффект микромелиорации и гумификации.
На защиту выносятся следующие научные и технические результаты:
-
совершенствование технологий и систем биологической очистки бытовых сточных вод путем разработки и внедрения аэробного ферментно-кавитационного метода обработки илового осадка;
-
получение на основе указанного метода глубоко минерализированного и обработанного осадка, пригодного для использования в качестве органо-минерального удобрения;
-
экспериментально-теоретические исследования по взаимодействию осадка с бедной гумусом светло-каштановой почвой, выявление и интерпретация эффекта ми-
кромелиорации, гумификации и роли серы при возделывании зерновых колосовых культур;
4) перспективные удобрительные композиции на основе осадка, проблемы и возможности повышения плодородия почв и урожайности сельхозкультур.
Достоверность разработанных положений, выводов и рекомендаций подтверждена практикой строительства новых и модернизации действующих систем очистки сточных вод, полевыми опытами при возделывании озимой пшеницы в засушливых условиях, экспериментально-теоретическими исследованиями с использованием закономерностей механики, химии, почвоведения и микробиологии, многочисленными анализами осадка и почвы, выполненными аккредитованными органами Госстандарта России, а также апробацией на научно-практических конференциях и международных конгрессах.
Практическая значимость. Реализовано перспективное направление в создании и развитии систем биологической очистки бытовых сточных вод для сельских населенных пунктов. Полученный по новой технологии осадок, обеспечивает повышение урожайности сельхоз культур.
Реализация работы. На создаваемые с участием автора «Комплексные сооружения и установки для очистки сточных вод» разработаны и внедрены ТУ. Имеются сертификаты, выданные органами Госстандарта России о соответствии этих сооружений, включая санитарно-эпидемиологические, а также о соответствии очищенной воды требованиям стандартов. Получены сертификаты соответствия на иловый осадок. По проектам автора построены новые и реконструирован ряд действующих станций очистки, в том числе для сельских потребителей –21 станция производительностью 40...3600 м3/сутки: ст. Новоминская Краснодарского края, п.г.т. Новоаннинск Волгоградской обл., п. Новомихайловский Краснодарского края, Тамбовский спиртзавод, санаторий «Топаз» Кемеров. обл., санаторий «Туманный» р. Хакасия, оздоровит. комплекс «Бор», п. Целина Ростовской обл., п. Копьево р. Хакасия, Вынгапуровский газовый комплекс, пункт налива газового конденсата, г. Славянск-на-Кубани, пансионат «Звездный» Краснодар. Края, с. Селявное-1 Воронеж. обл., школа и пос. Громадск Краснояр. края, пос. Алексеевка Саратов. обл. В опытно-промышленном порядке внедрена высокоэффективная технология возделывания озимой пшеницы на светло-каштановых почвах в засушливых условиях с использованием осадка.
Апробация работы. Авторские разработки демонстрировались на выставках и инновационных форумах в Волгограде (2005-2007), в Москве (2005, 2008) и в Ижевске (2006). Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на Международных конгрессах ЭКВАТЭК (М., 2004, 2006, 2008); Международных научно-практических конференциях (Волгоград, 2004, 2005; Астраханская область, 2008); Всероссийских научно-практических конференциях (Волгоград, 2004, 2005; Ижевск, 2006); международных научно-технических совещаниях (Энгельс, 2005-2008; Любляны, 2005; Киев, 2006-2008; Ташкент, 2008; Волгоград и др.); Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (2005, 2007); научной конференции Волгоградской ГСХА (2007).
В полном объеме диссертация доложена и одобрена на научном семинаре в Волгоградской ГСХА (2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ, из них 3 в изданиях ВАК. Получено 15 патентов.
