В ряде исследований обнаружена повышенная концентрация фитопланктона в придонном слое, что объясняется доминированием диатомовых и отмирающих водорослей.
Проведённые исследования подтверждают исключительную роль плотностного расслоения воды в водохранилище, на концентрацию биомассы, биопродуктивность и миграцию фитопланктона. Выявлена лимитирующая роль стратификации и температуры в сезонах 2017 и 2018 годов.
На сонове выполненных исследований разработаны следующие рекомендации.
а) Уменьшение бокового стока в водохранилище фосфорсодержащих
иазотосодержащих органических веществ, это достигается снижением стока биогенных веществ, таких как гумус и минеральные удобрения, и снижением сброса неочищенных бытовых и промышленных стоков. Бытовые стоки можно уменьшить путём запрета строительства коттеджей
идач, которые не оснащены современными системами водоотведения. Уменьшение содержания биогенных веществ возможно также путём повышения эффективности очистки стоков на станциях аэрации. Для этого необходимо усиливать контроль за предприятиями пищевой промышленности, общепита и сельскохозяйственными предприятиями и не допускать не санкционированных сбросов;
б) Мероприятия на сельскохозяйственных угодьях. Проводить снегозадержание для борьбы с овражной эрозией и вымыванием гумуса;
в) Мероприятия на самом водоёме для обеспечения лучшего перемешивания в летний период, которое может быть обеспечено за счёт сброса воды в меженный период;
г) Создание системы мониторинга на основе информационно- аналитической системы, разработанной в рамках данной работы.
Работа выполнена при поддержке проекта Российского научного фонда 15-17-20009
Литература
1.Фитопланктон Горьковского водохранилища / А. Г. Охапкин, И. А. Микульчик, Л. Г. Корнева, Н. М. Минеева ; под ред. В. Н. Паутовой, Г. С. Розенберга. – Тольятти : ИЭВБ РАН, 1997. – 224 с.
2.Хендерсон-Селлерс, Б. Инженерная лимнология / Б. ХендерсонСеллерс. – Ленинград : Гидрометеоиздат, 1987. – 335 с.
3.Krayev I.M. Quantitative analysis of the plankton of the Gorky reservoir on the Volga river / Ivanov A.V., Guseinova S.M., Krayev I.M.,
Malyshev D.M.// International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM. 2018. – № 3. – P. 595-600.
Д.М. Малышев
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»
ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОГО ЛАНДШАФТНО- БАССЕЙНОВОГО ПОДХОДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВИДОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ ВОДНЫХ И НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ
Направление исследований связано с проблемой неустойчивости ландшафтно-бассейновых систем. Ключевым критерием неустойчивости является цветение воды. Данное явление означает, что неустойчивость ландшафтных систем (овражная эрозия, смыв гумуса, сбросы биогенных веществ) и устойчивое расслоение прогретых вод водоёма озёрного типа сошлись во времени и пространстве (рис. 1). Аналогичные процессы характерны и для Горьковского водохранилища, однако система «ландшафт -Горьковское водохранилище» слишком сложная для натурного изучения. Поэтому в данной работе взаимодействия ландшафта и водоемов рассматривались на более простых объектах. Разделение сложной проблемы на элементарные составляющие позволяет детально раскрыть причинно-следственные связи.
Рисунок 1 – Спутниковый снимок цветения воды на примере Рыбинского водохранилища из работы Лавровой и соавторов [1]
Цель работы заключается в разработке методологии для оценки устойчивости биоразнообразия ландшафтно-бассейновых систем.
Задачами являются:
−Изучение общих представлений о ландшафтах, бассейнах рек и водосборных территориях, российского и мирового опыта устойчивого развития ландшафтно-бассейновых систем,
−Изучение геологических факторов формирования морфологических
особенностей,
−Обследование ландшафтно-бассейновой системы в Тонкинском районе, Ядринском районе Чувашии, содержащие искусственные водоёмы и искусственные элементы ландшафта, повышающие устойчивость, замедляющие и предотвращающие овражную эрозию,
−Разработка методологии изучения критических характеристик водоёмов
озёрного типа,
−Разработка предложений по повышению устойчивости ландшафтнобассейновых систем Верхней и Средней Волги,
−Оценка рисков для здоровья при нерациональном природопользовании.
Ландшафтно-бассейновый подход позволяет проследить причинно- следственные связи между состоянием ландшафтов и водосборных бассейнов, а именно смыв питательных биогенных веществ в водоём.
Из-за большого количества исследуемых объектов, было принято ограничение в виде качественного анализа, основанного на теории и практическом опыте природопользователей. При этом, анализ планктона носит количественный характер.
В ходе данной работы установлено, что использование ландшафтно- бассейнового подхода для территории Ядринского района Чувашской республики способствовало его развитию и сохранению устойчивого биоразнообразия экосистем. Созданные при помощи природных средств сооружения, позволяли устранить проблемы, образованные при нерациональном использовании земель сельского хозяйства. Лесополосы формируют территории, устойчивые к выветриванию, что позволяет вести на них сельскохозяйственную деятельность, представлены на рисунке 2.
Другим эффективным приемом повышения устойчивости ландшафтно-бассейновых систем, примененных в Ядринском районе, является создание прудов путём строительства дамб. Главная идея заключается в том, что перекрытый дамбой овраг начинает заполняться водой, имея при этом постоянное питание за счёт овражных ручьёв и дождей. Полное наполнение оврага водой может происходить во временном промежутке от одного сезона, до нескольких лет [2].
Рисунок 2 – Лесополосы Ядринского района Чувашской республики
Неустойчивые ландшафтные системы оказывают негативное воздействие и на состояние Горьковского водохранилища, которое становится эвтрофным в пик цветения, в остальное время оно является мезотрофным водоёмом. Горьковское водохранилище не имеет крупных притоков, соответственно, оно однородно по химическому и биологическому составу в центральной части, которая и является местом скопления основной массы размножающихся цианобактерий [3].
Исследуя видовое разнообразие по индексу Шеннона, был сделан вывод о том, что во время цветения, доминирующие позиции занимают несколько определённых групп фитопланктона, угнетая остальные виды, соответственно, индекс Шеннона низкий, и составляет 0,68. В условиях хорошего перемешивания воды, индекс возрастает, т.к. разные виды планктона не угнетают друг друга, и составляет 0,80. Формула расчёта индекса разнообразия Шеннона представлена ниже.
(1)
Формула 1. Расчёт индекса разнообразия Шеннона Некоторые из идентифицированных водорослей содержат
различного рода токсины, например, гепатоксин, воздействующий на печень, и нейротоксин, воздействующий на нервные клетки. Это позволяет оценить риски для здоровья при рекреационном использовании водоемов, входящих в ландшафтно-бассейновые системы. Оценка рисков по методике К.Б. Фридмана, показывает, риск при взаимодействии с водоёмом составляет от 0,5 до 0,6 процентов. Это означает, что популяционный риск может составить от 500 до 600 случаев
353
отрицательный реакций на 100 тысяч купаний. Такой уровень можно считать приемлемым [4].
Исследования показали ключевую роль качества воды в водосборном бассейне. Предложенный критерий позволяет выявить неустойчивость в ландшафтных системах, и исследование водосборных бассейнов на наличие биогенных компонентов, смытых с прилегающих неустойчивых территорий, следует проводить, исходя из биоразнообразия фитопланктона в водоёме. Метод может применяться для оценки эффективности следующих мероприятий:
1)создание защитных полос для сохранения и накопления гумусового горизонта,
2)создание искусственных прудов для предотвращения овражной эрозии, а также для поддержания влажности почвы,
3)создание искусственных насыпей, в том числе торфяных, для аккумуляции биогенных веществ,
4)высаживание древесной и кустарниковой растительности для стабилизации оврагов,
5)мероприятия по регулированию водного стока для увеличения перемешивания поверхностного слоя воды и сокращения числа потенциально опасного фитопланктона.
Таким образом, выполненная работа подтверждает высокую эффективность метода количественной и качественной оценки состояния ландшафтно-бассейновых систем. Предложенные критерии устойчивости
иэкологического благополучия наземных и водных систем пригодны для выбора управленческих решений на локальном и региональном уровнях.
Литература
1.Лаврова О.Ю. Соловьев Д.М. Строчков А.Я. Шендрик В.Д. Спутниковый мониторинг интенсивного цветения водорослей в рыбинском водохранилище // современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. Институт космических исследований Российской академии наук (Москва) ISSN: 2070-7401eISSN: 2411-0280, Т: 11, № 3 2014 С: 54-72
2.Малышев Д.М., Интегрированная ландшафтно-бассейновая оценка притока реки усты В сборнике: VIII Всероссийский фестиваль науки, Сборник докладов Том 2. С. 435-439
3. A.V.Ivanov, S,M, Guseinova, I.M.Kraev, D.M. Malyshev. Research of phytoplankton distribution in a stratified reservoirs /International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2019. Conference proceedings V.19, Water Resources, Forests, Marine and Ocean Ecosystems
Issue 3.1 30 June-6 July 2019 Albena, Bulgaria p.473 480.
4. Малышев Д.М., Иванов А.В., Краев И.М. Оценка экологических и геологических рисков ландшафтно-бассейновых систем с водоемами озерного типа В сборнике: ВЕЛИКИЕ РЕКИ' 2019 Труды научного конгресса 21-го Международного научно-промышленного форума : в 3-х томах. Нижний Новгород, 2019. С. 87-90.
А.Л. Васильев, А.С. Бундаева
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»
ПРОБЛЕМА ОЧИСТКИ ФУГАТА ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ОСАДКА НА КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СТАНЦИИ
Уже на протяжении многих лет существует проблема с обезвоживанием и дальнейшей утилизацией осадков. Любой метод, который ниже будет раскрыт, решает проблему утилизации осадков, но при этом возникает вторичная проблема – проблема с фугатом.
Проблема утилизации осадка на разных этапах очистки бытовых сточных вод, является актуальной для всех предприятий водоканала. Она связана с нагрузкой на все компоненты окружающей среды токсичными выбросами, фильтратом и расходами на захоронение отхода на полигонах ТБО [1].
Прежде, чем рассматривать фугат, следует уделить внимание изучению свойств осадков и их возникновению.
Осадки сточных вод – сложная многокомпонентная система, состоящая из органической и минеральной частей. Объем влажных осадков, образующихся на канализационных очистных сооружениях, составляет от 0,5 до 1,0% от объема сточной воды в зависимости от технологической схемы очистки. Качество осадков сточных вод в основном зависит от нормы водоотведения, развития и характера промышленности, эффективности работы локальных очистных сооружений предприятий, от состава городских очистных сооружений. Количество осадков постоянно растет, и на сегодняшний день они являются основным загрязнителем окружающей среды [2].
В зависимости от условий формирования различают осадки первичные и вторичные [3].
К первичным относятся грубодисперсные примеси, которые находятся в твердой фазе и образующиеся на сооружениях механической очистки: отходы, снимаемые с решеток, осадок песколовок (в основном песок), осадок первичных отстойников («сырой» осадок), который является опасным в санитарном отношении, т.к. содержит большое количество патогенных микроорганизмов и плавающие осадки (в I-ых отстойниках это жиры), процеживание, седиментация, фильтрация, флотация, осаждение в центробежном поле.
Ко вторичным осадкам относятся примеси, первоначально находящиеся в воде в виде коллоидов, молекул и ионов, но в процессах
355
биологической или физико-химической очистки воды или обработки первичных осадков образуют твердую фазу: осадки вторичных отстойников после аэротенков и биофильтров, сброженные в метантенках или минерализованные в аэробных стабилизаторах или анаэробных перегнивателях. А также уплотненные осадки обезвоженные или сухие подвергнутые термосушке [3].
При очистке сточных вод на канализационных станциях очистки выделяются осадки, состоящие из твердой фазы и воды [4].
Твердая фаза осадка бытовых сточных вод состоит в основном из органических веществ (60…80%). Основными его компонентами являются углеводы, жироподобные и белковые вещества, составляющие в сумме 80…85%. Остальные 20…15% представляют собой лигнино-гумусовый комплекс. Осадок из первичных отстойников представляет собой студенистую массу и отличается большой неоднородностью состава. Большую часть осадка составляют органические вещества (60…70%), в нем содержатся соединения железа, алюминия, кремния, кальция, магния, калия и т.д. Осадок может содержать токсичные и канцерогенные вещества, в том числе соли тяжелых металлов, синтетические ПАВ и др. Содержание этих веществ определяется наличием в хозяйственно бытовых сточных водах примесей производственных стоков. Сырой осадок содержит ценные вещества – азот, фосфор, калий. Азот, фосфор и калий при использовании свежего осадка в виде удобрений плохо усваиваются растениями. Средняя влажность осадка первичных отстойников 93…95%
[4].
Он легко загнивает и является очень опасным в санитарном отношении, так как в нем содержатся многочисленные и разнообразные виды бактерий и вирусов, а также яйца гельминтов. При задерживании осадка в отстойниках в течении длительного периода он загнивает с выделением газов и всплывает, что нарушает процесс отстаивания, поэтому осадок необходимо своевременно удалять из отстойников и подвергать обезвоживанию и обезвреживанию [4].
Избыточный активный ил и избыточная биопленка состоят в основном из органического вещества, количество которого в зависимости от режима работы сооружений колеблется от 65 до 75%. Влажность активного ила, удаляемого из вторичных отстойников, довольно высока: после аэротенков – 99,2…99,7, после биофильтров – 96…96,5% [4].
Основной составной частью сырого осадка, избыточного и уплотненного активного ила, а также сброженного осадка является вода, которая достаточно плохо отделяется от минеральных и органических частиц. Во всех видах осадка (кроме отбросов с решеток и осадки из песколовок) содержится 90–99% влаги, которая состоит из свободной, коллоидно-связанной и гигроскопической воды.
Свободная (68,4–69% для осадков первичных отстойников) не связана с твердыми частицами и легко удаляется сушкой на иловых площадках, фильтрацией или отжимом на машинах при небольших давлениях, обезвоживанием до Р = 80% [5].
Коллоидно-связанная или связанная (21,5–25,5%) удаляется из осадков с большим трудом, частично может быть удалена фильтрацией и отжимом при коагуляции. Полное удаление коллоидно-связанной воды возможно только сушкой при повышенных температурах.
Гигроскопическая вода (или химически связанная) составляет 4–10%
от всей массы воды и не удаляется даже при термической сушке, а удаляется только при сжигании осадка.
Удаление из осадка только свободной воды не достаточно для того, чтобы осадок приобрел влажность, при которой его можно транспортировать на плоских поверхностях (менее 83%), и необходимо, как правило, удалять еще до 30% коллоидно связанной воды [4].
Осадки, образующиеся в процессе очистки сточных вод, должны подвергаться обработке с целью обезвоживания, стабилизации, снижения запаха, обеззараживания, улучшения физико-механических свойств, обеспечивающих возможность их экологически безопасной утилизации или размещения (хранения или захоронения) в окружающей среде [6].
Современная технологическая схема в обработки осадков включает следующие процессы: уплотнение (сгущение), стабилизация органической части осадков, кондиционирование, обезвоживание, утилизация ценных продуктов, ликвидация [7].
Уплотнение осадков сточных вод является первичной стадией их обработки и предназначено для уменьшения их объемов. Наиболее распространены гравитационный и флотационный методы уплотнения. Гравитационное уплотнение осуществляется в отстойниках-уплотнителях; флотационное – в установках напорной флотации. Применяется также центробежное уплотнение осадков в гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Перспективно вибрационное уплотнение путем фильтрования осадка сточных вод через фильтрующие перегородки или с помощью погруженных в осадок вибрационных устройств.
Стабилизация осадков используется для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества, что предотвращает загнивание осадков при длительном хранении на открытом воздухе (сушка на иловых площадках, использование в качестве с/х удобрений и т.п.).
Стабилизация или минерализация органического вещества осадка может осуществляться в анаэробных условиях (метановое брожение) и в аэробных условиях. Для стабилизации осадков промышленных сточных вод применяют, в основном, аэробную стабилизацию – длительное аэрирование осадков в сооружениях типа аэротенков, в результате чего
происходит распад основной части биологически разлагаемых веществ, подверженных гниению.
Кондиционирование осадков проводят для разрушения коллоидной структуры осадка органического происхождения и увеличения их водоотдачи. Применяют в основном реагентный метод кондиционирования.
Обезвоживание осадков сточных вод предназначено для получения осадка (кека) влажностью 50–80%. Обезвоживание осуществлялось в основном сушкой осадков на иловых площадках. Однако низкая эффективность такого процесса, дефицит земельных участков в промышленных районах и загрязнение воздушной среды обусловили разработку и применение механического обезвоживания: вакуум- фильтрование, центрифугирование, фильтрпрессование, термическая сушка. При проектировании цеха механического обезвоживания иловые площадки предусматриваются как аварийные.
Ликвидация осадков сточных вод применяется в тех случаях, когда утилизация их является невозможной или экономически нецелесообразной.
В принципе из любого способа обработки осадка образуется фугат. Поэтому, помимо того, что нужно решить вопрос с обезвоживанием осадка, на повестке стоит тема дальней обработки или утилизации фугата.
Литература
1.А. Р. Курмангалиева, Р. А. Набиев. Модернизация технологии переработки осадка на канализационных очистных сооружениях г. Астрахани// Вестник Волгоградского государственного архитектурно- строительного университета. – 2018. – № 53(72).
2.Хисамеева Л.Р., Селюгин А.С., Абитов Р.Н., Бусарев А.В., Урмитова Н.С. О-23 Обработка осадков городских сточных вод: учебное пособие / Л.Р. Хисамеева, А.С. Селюгин, Р.Н. Абитов, А.В. Бусарев, Н.С. Урмитова. – Казань: Изд-во Казанск. гос. архитект.-строит. ун-та, 2016. –
105 с.
3.Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для вузов / Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. – М.: Изд-во АСВ, 2008. – 704 с.
4.Водоснабжение и водоотведение: учебник и практикум для академического бакалавриата / И.И. Павлинова, В.И. Баженов, И.Г. Губий.
–5-е изд, перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2017. – 380 с. – Серия : Бакалавр. Академический курс.
5.Благоразумова А.М. Обработка и обезвоживание осадков городских сточных вод: учебное пособие. – СПб.: Изд-во Лань, 2014. – 208 с.
6.СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. –
Введ. 01.01.2013. – М.: Минрегион России, 2012. – 97 с.
7. Алексеев В.И. Проектирование сооружений переработки и утилизации осадков сточных вод с использованием элементов компьютерных информационных технологий: учебное пособие / В.И. Алексеев, Т.Е. Винокуров, Е.А. Пугачев. – М.: Изд-во АСВ, 2003. – 176 с.
М.В. Демин, В.Ш. Комлева
Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Институт пищевых технологий и дизайна - филиал
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ КОНСЕРВИРОВАНИЯ КУКУРУЗЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Кукуруза — одна из высокоурожайных культур разностороннего использования, по урожайности зерна она занимает лидирующее положение. Самая важная сфера применения кукурузы — это использование ее как кормовой культуры и основного энергетического компонента для обеспечения рационального питания во всех отраслях животноводства [1]. Она является важным пищевым продуктом, концентрированным кормом, пригодным для всех видов сельскохозяйственных животных.
Целью данной работы, является выявление наиболее рационального способа консервации кукурузы на основе сравнительного анализа их характеристик.
В настоящее время используются следующие способы консервирования кормовой кукурузы – это консервирование цельного зерна, плющеного зерна и силосных масс. Укрепление кормовой базы для животноводства тесно связано с повышением качества кормов, снижением потерь питательных веществ при заготовке и хранении их, а также рациональным использованием кормовых средств и кормовых химических добавок. Особая роль в этом контексте отводится нормативным документам [2, 3]. В отношении консервирования кормовой кукурузы действуют следующие нормативные требования: ГОСТ Р 55986-2014 Силос из кормовых растений. Общие технические условия; ГОСТ 13634-90 Кукуруза. Требования при заготовках и поставках; ГОСТ Р 53903-2010 Кукуруза кормовая. Технические условия; ГОСТ Р 58425-2019 Зерно плющеное консервированное. Технические условия.
На основе требований нормативных документов и специализированной литературы по животноводству представлены результаты сравнительного анализа способов консервации кукурузы,
