Комплексные проблемы техносферной безопасности. Научный и практический подходы к развитию и реализации технологий безопасности

nism of transmission. The article presents data on the natural and climatic conditions of the Voronezh region, the state of centralized and non-centralized drinking water supply, the quality of drinking water and an overview of the epidemiological structure of intestinal infectious diseases in the period from 2017 to 2019.

Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko, Russia

УДК 628.473

А. С. Платонова1, В. В. Булгакова2, Э. В. Нафикова1

ТЕХНОЛОГИЯ «ГОРЯЧЕГО» КОМПОСТИРОВАНИЯ ДЛЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ

МЕТОД УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

В статье рассмотрены особенности технологий ускорения процессов переработки органических отходов, в частности, компостирования. Определены температурные пределы термофильных и мезофильных процессов переработки органики. Экспериментальным путем показаны зависимости изменения температуры в компосте при добавлении энзимных препаратов.

Увеличение образования твердых коммунальных отходов (ТКО) урбанизированных территорий оказывает серьезную проблему на состояние окружающей среды. В составе полигонов ТКО около 40 % выдается на органические отходы (рис. 1). Время, отводящееся для естественной переработки органических отходов составляет от 1 месяца до 2 лет. Однако, естественная переработка органики затрудняется, т.к. имеются и другие виды отходов из-за этого происходят процессы анаэробного брожения с выделением метана, сероводорода, меркаптанов, оксидов серы и др.

Естественная переработка органических отходов – компостирование, позволяет получить ценный плодородный грунт.

380

Рис. 1. Составляющие свалок России

Внастоящее время и звестны два способа компостирова ния: «холодное» и «горячее» (рис. 2). «Горя чее» компостирование получило свое название из-за того, что внутри компоста происходят термофильные процесс ы при температурах 50 ºС – 71 ºС, а мезофильные процессы «холодного» компостирования при 21 ºС – 32 ºС.

Рис 2. Схема «горячего» и «холодного» компостир ования

При «горячем» компостирование примерно 90 % компостной кучи составляют бактерии. На ко нечной стадии вступают в дело оста вшиеся 10 % среди которых грибы и акти номицеты. Благодаря актиномицетам зрелому компо-

381

сту придается запах и свойства плодородной лесной подстилки. С помощью специальных веществ актиномицетов и грибов, схожих с антибиотиками избирательного действия, происходит защита компоста и почвы от возбудителей фитофтороза и других заболеваний.

Процесс компостирования проходит в несколько стадий, перетекающих из одной в другую. Для того чтобы осуществить гибель патогенной микрофлоры и яиц гельминтов, но не погубить бактерии, разлагающие органическое вещество, необходимо поддерживать температуру 50 – 67 ºС на протяжении 30 – 40 часов При мезофильном (30 – 35 °С) метановом брожении навоза семена сорняков полностью погибают. Чем выше температура, тем быстрее произойдет «стерилизации», например: при 50 °С – 40 ч для полной переработки органических отходов; при 55 °С – 36 ч; и при 67 °С – 30 ч.

Для «горячего» компостирования наиболее подходят азотосодержащие компоненты. Такие как: остатки овощных растений с огорода, скошенная трава, также подойдут крапива двудомная (Urtica dioica), одуванчик-чемпион (Tarаxacum); навоз; пищевые отходы, кроме мяса, жира и костей.

Экспериментальным путем определялась зависимость изменения температуры в компосте при добавлении энзимных препаратов. Подготавливались 4 ямки для внесения органических отходов, подготовленные органические материалы, моделирующие отходы урбанизированных территорий, укладывались поочередно: ботва от цветущих растений, крапива (Urtica dioica), пищевые отходы, почва, вода.

Во вторую компостную яму поверх описанных выше органических составляющих добавлялся водорастворимый концентрат биопрепарата «Компостин» компании «НВП БашИнком» для ускорения переработки составляющих компоста. Внесение энзимного препарата увеличивает количество микроорганизмов, перерабатывающих органику, в составе компоста в 10 и более раз. Полезные энзимные бактерии обеззараживают почву от бактериальных, грибных заболеваний и ускоряют разложение органики.

Гумусное вещество, содержащееся в энзимных биопрепаратах для компостирования улучшают питательные свойства почвы, снижают концентрацию в ней ядов и растворимых солей тяжелых металлов, увеличивают образование витаминов и сахаров в растениях.

В состав используемого в экспериментальном исследовании биопрепарата «Компостин» входят: водный раствор компостированного куриного помёта, азотное удобрение, удобрение Гуми с микроэлементами, полезная микрофлора.

Технология внесения в компост энзимного биопрепарата представлена в табл. 1.

382

Таблица 1 Технология внесения в компост энзимного биопрепарата [2]

Дополнительно подготавливались две ямы с аналогичными составляющими, но накрытые поверх земли слоем пленки. Схема вариации подготовки составляющих компостной ямы представлены в табл. 2.

В течение 14 дней проводилось измерение температуры внутри компостных ям на глубине 10 см в вечернее время (18 часов).

На 8 и 14 день осуществлялось боронование компоста для аэрации и оценки результатов процессом переработки органических отходов.

Измерения температуры почвы проводились с помощью электронного термометра ТР101. Результаты измерений температуры внутри исследуемых компостных ям в сравнении с температурой окружающей среды представлены на рис. 3.

383

Рис. 3. График зависимости температуры почвы внутри исследуемых компостов от температуры окружающей среды

Анализ почвы проводился на базе лаборатории кафедры промышленной экологии и промышленной безопасности ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», в соответствии с методиками, внесенными в государственный реестр, методик количественного и химического анализа.

Кислотность почвы определялась тестером для цифрового экспрессанализа N-P-K и уровня pH почвы Luster Leaf Rapitest 1605 [3], который является инновационным и недорогим способом анализа почвенных условий, используя простую систему растворения тест-капсулы, уникальное цветокодирование

ицифровой анализ результата с помощью электронного тестера.

Входе лабораторных исследований, пробы почвы были смешаны с водой, далее вода была слита в колбу, в которой затем растворили тест-капсулу и вставали ее в тестер для анализа.

Результат анализируемой пробы почвы до компостирования и после показал (табл. 3), что происходит уменьшение рН среды, что свидетельствует о завершении стадии созревания компоста. Показатели калия и фосфора превышены в обоих пробах. Показатель азота в пробе почвы до компостирования ниже нормы, а во второй - соответствует нормальному значению.

Таблица 3 Результаты показателей N-P-K и уровня pH анализируемой почвы

384

Развивая технологии отдельной переработки органических отходов с применением энзимных препаратов позволяет сократить срок созревания компоста в 26 раз (с 365 дней в смешенных условиях полигона ТКО до 14 дней отдельного компостирования под грунтом).

Таким образом, в работе рассмотрены особенности технологий ускорения процессов переработки органических отходов, в частности компостирования. Определены температурные пределы термофильных и мезофильных процессов переработки органики. Экспериментальным путем показаны зависимости изменения температуры в компосте при добавлении энзимных препаратов. Установлено, что добавление энзимных биопрепаратов и укрывание компостной кучи позволяет увеличить температуру процессов переработки органических составляющих, не смотря на уменьшение температуры окружающей среды.

Литература

1.Агрокультура. Горячее компостирование [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://agracultura.org/news/gorjachee-kompostirovanie/ (Дата обращения 03.09.2020 г.).

2.Биопрепарат «Компостин» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.bashinkom.ru/products/ojz/Kompostinuskoritelsozrevaniyakomposta05l (Дата обращения 20.10.2020 г.).

3.Тестер для цифрового измерения N-P-K и уровня pH почвы Luster Leaf Rapitest 1605 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://moemgorod.com/product/luster-leaf-1605- rapitest-digital-soil-ph-tester/ (Дата обращения 20.10.2020 г.).

4.Расчет количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов / Нафикова Э. В., Исмагилов А. А., Гаянова К. Р., Нуруллина А. Р. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2020612993, 06.03.2020. № 2020612099 от 26.02.2020.

5.Хайдаршин А. А. Создание вермиферм на базе студенческого городка Уфимского государственного авиационного технического университета / Хайдаршин А. А., Исмагилов А. А., Нафикова Э. В. // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2020). Материалы XVI Международной научно-технической конференции, в 2-х томах, посвящается 75-летию Победы в Великой Отечественной войне. Уфа, 2020.

-С. 165-168.

6.Платонова А. С. Анализ технологий и способов переработки органических отходов урбанизированных территорий [текст] / А. С. Платонова, А. Ф. Зайнутдинова, К. Р. Гаянова, Э. В. Нафикова // Modern Science. 2020. № 12-5. С. 394-398.

7.Платонова А. С. Перспективы внедрения технологий «горячего» компостирования для урбанизированных территорий / Платонова А. С., Чувашаева К. Р., Нафикова Э. В. В сборнике: Обращение с отходами: современное состояние и перспективы. Сборник статей II Международной научно-практической конференции. Уфа, 2020. С. 171-175.

1Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

2Санкт-Петербургский государственный университет, Россия

A.S. Platonovа1, V.V. Bulgakova2, E.V. Nafikova1

TECHNOLOGY OF «HOT» COMPOSTING FOR URBANIZED AREAS AS A PROSPECTIVE METHOD OF WASTE DISPOSAL

385

The paper discusses the features of the technologies for accelerating the processing of organic waste, in particular, composting. The temperature limits of thermophilic and mesophilic processes of organic processing were determined. The dependencies of the temperature change in the compost with the addition of enzyme compost activators have been shown experimentally.

1Ufa State Aviation Technical University, Russia

2St. Petersburg State University, Russia

УДК 556.162(476)

А. А. Волчек, О. Н. Черняк

ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРИГОДОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОКА ВОДЫ РЕК БЕЛАРУСИ ВСЛЕДСТВИЕ КОЛЕБАНИЙ КЛИМАТА

В статье представлено исследование изменений, происходящих в настоящее время, во внутригодовом распределении стока воды рек Беларуси, вследствие глобального потепления климата, проявляющегося в повышении температуры воздуха и смены режима выпадения атмосферных осадков. Результаты исследований могут быть использованы для прогнозирования последующих изменений во внутригодовом распределении речного стока воды.

Введение

Одной из самых важных и актуальных проблем современности является изменение климата. Существенная роль в этом принадлежит антропогенному фактору, проявляющемуся в изменении газового и аэрозольного составов атмосферы вследствие выбросов в нее продуктов сгорания промышленными предприятиями, а также в изменении структуры и свойств подстилающей поверхности. Как итог – увеличение среднегодовой температуры воздуха.

В Беларуси резкие изменения климата наблюдается с 1989 г., именно этот год является «точкой отсчета» современного глобального потепления. В настоящее время на территории республики находится 49 станций, выполняющих гидрометеорологические наблюдения за климатическими характеристиками. Анализ их данных позволил зафиксировать превышение температуры воздуха климатической нормы на 1,3 °С (1989 – 2016 гг.) [4, 6, 8]. Повышение температуры воздуха отмечено в каждом месяце, за исключением ноября. Наиболее значительное повышение установлено в зимние и первые весенние месяцы.

Глобальное потепление атмосферного воздуха сказалось на частоте и интенсивности выпадения осадков. Так, количество осадков в зимний сезон превышает норму. В свою очередь, изменения климатических характеристик сказались на многочисленных водных ресурсах Беларуси [2, 5].

Основной количественной и качественной характеристикой водных ресурсов является речной сток, а именно внутригодовое распределение стока (ВРС) [1]. Вследствие глобального потепления климата происходит не только

386

его уменьшение, но и трансформация внутри года и смещение границ гидрологических сезонов [3].

Целью данной работы является оценка изменений речного стока в условиях современного потепления.

Методика и исходные данные

Всоответствии с гидрологическим районированием на территории Беларуси выделено шесть гидрологических районов, речные створы которых, действующие в настоящее время, использованы в исследованиях [1]. Для исследований выбрано 40 речных створов указанных гидрологических районов.

Вкачестве исходных данных по принятым створам использованы ряды многолетних наблюдений за среднемесячными расходами воды, предоставленные республиканским гидрометеорологическим центром Республики Беларусь.

Среди рядов многолетних наблюдений выделено два периода: 1) 1961 – 1988 гг.; 2) 1989 – 2015 гг. За метод исследований принят метод компоновки сезонов, основой которого является равенство обеспеченностей годового стока, стока лимитирующего периода и лимитирующего сезона. Гидрологические сезоны Беларуси: весна (март-май), лето-осень (июнь-ноябрь), зима (декабрьфевраль) [1, 3]. В настоящей работе лимитирующий период – лето-осень и зима; лимитирующий сезон – лето-осень.

Анализ данных исследований

Для всестороннего изучения проблемы исследования выполнены во все группы лет по водности: а) очень многоводные годы (Р = 5 %); б) многоводные годы (Р = 25 %); в) средние годы (Р = 50 %); г) маловодные годы (Р = 75 %); д) очень маловодные годы (Р = 95 %) [1, 3, 7]. Для каждой группы лет по водности построены гидрографы речного стока воды для указанных периодов инструментальных наблюдений. Построенные гидрографы речного стока сравнивались между собой на предмет количественной различий и формы гидрографов.

Анализ гидрографов выполнен в соответствии с гидрологическим районированием Беларуси по районам путем выделения речных створов, отражающих наибольшие изменения стока воды.

I – Западно-Двинский гидрологический район. Представитель района - р. Дисна – пгт. Шарковщина. Анализ гидрографов речного стока воды фиксирует уменьшение доли весеннего сезона в очень многоводные, многоводные и средние годы в период наблюдений 1989 – 2015 гг.. Сток воды в зимний сезон увеличился. Форма гидрографов для современного периода видоизменилась, гидрограф характеризуется острыми пиками. Если в период инструментальных наблюдений 1961 – 1988 гг. их наблюдалось 3, то в последующем периоде наблюдений – 4. Такая форма отмечена только в многоводные и очень многоводные годы. Гидрограф речного стока воды средней группы лет по водности в 1989 – 2015 гг. имеет только пик весеннего половодья и в целом характеризуется плавной формой. В маловодные годы современного периода отмечено значительное увеличение зимнего стока воды; форма гидрографа схожа с предшествующим, но со смещением пика с ноября месяца на январь. В очень маловод-

387

ные годы установлено увеличение весеннего и зимнего стока воды рек в 1989 – 2015 гг., форма гидрографа изменилась с плавной на острую.

II– Верхне-Днепровский гидрологический район. В качестве модельной реки выбрана р. Беседь – с. Светиловичи. В количественном отношении отмечено уменьшение весеннего стока воды и увеличение доли зимнего стока воды

в1989 – 2015 гг. Доля летне-осеннего стока воды увеличилась. Формы гидрографов двух периодов инструментальных наблюдений схожи. Однако на гидрографах речного стока воды современного периода отмечено четыре пика в очень многоводные, многоводные, средние, маловодные годы, и два пика – в очень маловодные годы. Пик весеннего половодья в двух периодах инструментальных наблюдений приходится на апрель месяц; пик летнего паводка сместился с июля на июнь месяц, а зимнего – с декабря на январь месяц. В 1989 – 2015 гг. зафиксирован паводок осенью с пиком в ноябре месяце. Группа очень маловодных лет характеризуется пиком весеннего половодья в апреле месяце и пиком зимнего паводка в декабре. В подтверждение написанного представлены гидрографы стока воды модельной реки для двух периодов инструментальных наблюдений (рис. 1).

III– Вилейский гидрологический район. Модельная река – р. Улла – с. Промыслы. Анализ гидрографов стока воды для периода инструментальных наблюдений 1989 – 2015 гг. позволил установить увеличение зимнего стока воды во все группы лет по водности, за исключением очень маловодных лет. Отмечен пик зимнего паводка в январе месяце (очень многоводные, многоводные, маловодные годы) и в декабре (средние и очень маловодные годы). В летнеосенний сезон наблюдаются два пика паводков (летний и осенний) в очень многоводные, многоводные годы. Пик летнего паводка приходится на июнь, пик осеннего – на ноябрь. Пик весеннего половодья зафиксирован в апреле месяце. В количественном отношении наблюдается уменьшение весеннего стока воды в очень многоводные, многоводные и маловодные годы. В средние и очень маловодные годы весенний сток воды увеличился. Форма гидрографов р. Улла – с. Промыслы на современном этапе имеет более сглаженный вид.

IV – Неманский гидрологический район. Представителем района является р. Неман – пгт. Мосты. Формы гидрографов речного стока воды двух периодов инструментальных наблюдений подобны и имеют плавный, сглаженный вид. Исключение составляет гидрограф модельной реки, построенный для очень маловодных лет в 1989 – 2015 гг. Он отражает пик весеннего половодья в марте месяце в то время, как в предыдущие годы – в апреле месяце. В количественном отношении отмечено уменьшение доли весеннего стока воды в годовом в современном периоде. Зимний сток воды изменился незначительно.

388

-очень многоводные годы; - многоводные годы; - средние годы;

Рис. 1. Гидрографы речного стока воды р. Беседь – с. Светиловичи, построенные для периодов инструментальных наблюдений: а) 1961 – 1988 гг.; б) 1989 – 2015 гг.

V – Центрально-Березинский гидрологический район. Модельная река – р. Птичь – с. Лучицы. Формы гидрографов речного стока воды, построенные для 1989 – 2015 гг. сильно отличаются от форм соответствующих гидрографов 1961 – 1988 гг.. На гидрографе речного стока воды, построенного для очень многоводных лет отмечено четыре пика: весеннего половодья в апреле месяце и летнего, осеннего, зимнего паводков в июне, ноябре, январе соответственно. Для сравнения, в период инструментальных наблюдений 1961 – 1988 гг. зафиксированы только весеннее половодья и летний, зимний паводки, пики которых приходятся на апрель, июнь, декабрь месяцы соответственно. На гидрографе, построенном для многоводных лет, также зафиксированы весеннее половодье (пик – апрель месяц) и паводки в летне-осенний и зимний сезоны (пики – июнь, ноябрь, январь месяцы). Для средней группы лет по водности выявлены весеннее половодье и летний, зимний паводки. Пики весеннего половодья и зимнего паводка идентичны соответствующим на гидрографе, построенном для периода инструментальных наблюдений 1961 – 1988 гг.. Форма и пики на гидрографе для маловодной группы лет по водности совпадают с соответствующими на гидрографах очень многоводных и многоводных лет. Гидрограф речного стока воды очень маловодной группы лет по водности имеет сглаженный, плавный вид с пиком весеннего половодья в апреле месяце и пиком зимнего паводка – в декабре. Соответствующий гидрограф 1961 – 1988 гг. характеризуется также сглаженным видом и пиком весеннего половодья в апреле месяце, но и осенним паводком с пиком, приходящимся на ноябрь. На гидрографах речного стока воды современного этапа всех пяти групп лет по водности четко прослеживается уменьшение количества весеннего стока воды.

VI – Припятский гидрологический район. В качестве представителя района выбрана р. Ясельда – с. Сенин. Гидрографы стока воды периода инструментальных наблюдений 1961 – 1988 гг. идентичны по форме всех групп лет по

389