Методичка по экологии
.pdfa)Провести балльную оценку величин ПДКв и класса опасности токсичных веществ, используя данные таблиц 2.14 и 2.6. Рассчитать среднеарифметические значения баллов. Результаты оформить в виде таблицы 2.10. Средние значения баллов внести в таблицу 2.11.
b)Провести балльную оценку рассчитанных ранее ИКВ и ИЗВ с помощью таблицы 2.6. Результаты внести в таблицу 2.11.
c)Рассчитать интегральный индекс экологического состояния (ИИЭС) по формуле (2.4).
d)Сделать вывод об экологическом состоянии водоема (табл.2.7) при многоцелевом использовании.
Таблица 2.10 – Балльная оценка ПДКв и класса опасности токсичных веществ
Металлы |
|
ПДКв, мг/л |
Баллы (b) |
Класс опасности |
|
Баллы (b) |
||
Al3+ |
|
0,5 |
|
|
2 |
|
|
|
As3+ |
|
0,05 |
|
|
2 |
|
|
|
Cu2+ |
|
1 |
|
|
3 |
|
|
|
Fe3+ |
|
0,3 |
|
|
3 |
|
|
|
Hg2+ |
|
0,0005 |
|
|
1 |
|
|
|
Mn2+ |
|
0,1 |
|
|
3 |
|
|
|
Ni2+ |
|
0,1 |
|
|
3 |
|
|
|
Pb2+ |
|
0,3 |
|
|
2 |
|
|
|
Zn2+ |
|
1 |
|
|
3 |
|
|
|
- |
|
|
Ср. |
- |
|
Ср. |
||
Таблица 2.11 – Интегральный индекс экологического состояния |
|
|
|
|
||||
Показатели |
|
|
Величина показателя |
|
|
Баллы (b) |
||
ПДКв, мг/л |
|
|
- |
|
|
|
|
|
Класс опасности |
|
|
- |
|
|
|
|
|
ИКВ, баллы |
|
|
|
|
|
|
|
|
ИЗВ, баллы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
ИИЭС |
|
|
|
4)По результатам выполнения работы предложить меры по защите природы и при необходимости описать методы очистки воды в промышленных и домашних условиях до состояния питьевой воды (приложение В).
Задание к работе
Предпосылка: имеется некая река, которая используется по многоцелевому назначению. На различных участках реки вода используется для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения. Загрязнение воды может быть от недостаточно очищенных сбросов сточных различных предприятий, а также от смыва с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты. Необходимо определить экологическое состояние и пригодность водоема для указанных видов водопользования, а также предложить способы решения возникающих проблем.
Вариант задания соответствует № студента по журналу кафедры ПЭ и БТ.
В таблице 2.12 приведены значения показателей для определения величины ИКВ. В таблицах 2.13, 2.14 приведены данные химического анализа воды по содержанию в ней токсичных металлов и справочные данные для определения величины ИЗВ.
Таблица 2.12 – Данные для расчета общесанитарного индекса качества воды
|
|
|
|
|
Показатели |
|
|
|
|
|
№ по |
|
|
|
|
|
|
|
Общая |
|
|
Коли- |
Запах, |
БПК5, |
|
|
Цвет- |
Взвешенные |
мине- |
Хлориды, |
Сульфаты, |
|
журналу |
мг |
рН |
Растворенный кислород, мг/л |
ность, |
вещества, |
рали- |
||||
|
индекс |
баллы |
О2/л |
|
|
град |
мг/л |
зация, |
мг/л |
мг/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
мг/л |
|
|
1. |
108 |
1,5 |
6 |
7 |
7 |
25 |
5 |
2100 |
600 |
400 |
2. |
107 |
5 |
8 |
8 |
9 |
25 |
15 |
1700 |
650 |
500 |
3. |
500 |
4 |
10 |
9 |
8 |
25 |
25 |
2900 |
700 |
600 |
4. |
900 |
2 |
12 |
10 |
3 |
25 |
35 |
3000 |
750 |
700 |
5. |
10 |
3 |
14 |
11 |
5 |
25 |
45 |
2300 |
800 |
800 |
6. |
10 |
4 |
4 |
12 |
7 |
25 |
55 |
2500 |
550 |
900 |
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
http://www.mitht.ru/e-library
7. |
106 |
5 |
3 |
6 |
9 |
35 |
65 |
2400 |
500 |
1000 |
8. |
106 |
1,5 |
2 |
5 |
1 |
35 |
75 |
2300 |
450 |
1100 |
9. |
100 |
0 |
1,5 |
4 |
3 |
35 |
85 |
2200 |
400 |
1200 |
10. |
10 |
1 |
0,5 |
3 |
5 |
35 |
95 |
2100 |
350 |
1300 |
11. |
1 |
2 |
6 |
2 |
7 |
35 |
105 |
600 |
300 |
100 |
12. |
105 |
3 |
8 |
7 |
9 |
35 |
110 |
900 |
250 |
200 |
13. |
108 |
4 |
10 |
8 |
1 |
45 |
115 |
800 |
200 |
300 |
14. |
90 |
5 |
12 |
9 |
3 |
45 |
3 |
700 |
150 |
400 |
15. |
1 |
1,5 |
14 |
10 |
5 |
45 |
7 |
900 |
100 |
500 |
16. |
3 |
0 |
4 |
11 |
7 |
45 |
95 |
1000 |
50 |
300 |
17. |
5 |
1 |
3 |
12 |
9 |
45 |
85 |
1100 |
50 |
700 |
18. |
106 |
2 |
2 |
6 |
1 |
45 |
75 |
1300 |
100 |
800 |
19. |
108 |
3 |
1,5 |
5 |
3 |
55 |
65 |
1500 |
150 |
900 |
20. |
104 |
4 |
0,5 |
4 |
5 |
55 |
55 |
600 |
200 |
100 |
21. |
7 |
5 |
6 |
3 |
7 |
60 |
45 |
700 |
250 |
100 |
22. |
1 |
1,5 |
8 |
2 |
9 |
60 |
35 |
2900 |
300 |
1200 |
23. |
500 |
0 |
10 |
7 |
1 |
65 |
25 |
2800 |
350 |
1300 |
24. |
900 |
1 |
12 |
8 |
3 |
65 |
15 |
700 |
400 |
10 |
25. |
100 |
2 |
14 |
9 |
5 |
15 |
9 |
1000 |
450 |
200 |
26. |
10 |
3 |
4 |
10 |
7 |
15 |
7 |
1500 |
500 |
300 |
27. |
10 |
4 |
3 |
11 |
9 |
10 |
5 |
2400 |
550 |
400 |
28. |
10 |
5 |
2 |
12 |
1 |
10 |
125 |
2300 |
600 |
500 |
29. |
100 |
1,5 |
1,5 |
12 |
3 |
15 |
120 |
3200 |
650 |
600 |
30. |
100 |
0 |
0,5 |
12 |
5 |
10 |
110 |
3100 |
700 |
700 |
Таблица 2.13 – Результаты химического анализа воды по содержанию в ней катионов токсичных металлов
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентрация С, мг/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
по журналу |
|
Al3+ |
|
As3+ |
|
Cu2+ |
|
Fe3+ |
|
Hg2+ |
|
Mn2+ |
|
Ni2+ |
|
Pb2+ |
|
Zn2+ |
|||||||||
1 |
|
0,15 |
|
0,03 |
|
2,0 |
|
0,1 |
|
0,001 |
|
0,05 |
|
0,35 |
|
0,05 |
|
0,2 |
|||||||||
2 |
|
0,03 |
|
0,02 |
|
1,0 |
|
0,2 |
|
0,001 |
|
0,07 |
|
0,16 |
|
0,70 |
|
0,1 |
|||||||||
3 |
|
0,02 |
|
0,01 |
|
0,5 |
|
0,1 |
|
0,001 |
|
0,20 |
|
0,25 |
|
0,05 |
|
1,0 |
|||||||||
4 |
|
0,02 |
|
0,07 |
|
0,5 |
|
0,2 |
|
0,001 |
|
0,30 |
|
0,46 |
|
0,02 |
|
2,0 |
|||||||||
5 |
|
0,30 |
|
0,01 |
|
2,0 |
|
0,5 |
|
0,001 |
|
0,05 |
|
0,34 |
|
0,02 |
|
0,05 |
|||||||||
6 |
|
0,02 |
|
0,10 |
|
0,2 |
|
0,1 |
|
0,001 |
|
0,05 |
|
0,33 |
|
0,02 |
|
0,5 |
|||||||||
7 |
|
0,01 |
|
0,02 |
|
0,1 |
|
0,2 |
|
0,001 |
|
0,07 |
|
0,08 |
|
0,05 |
|
7,0 |
|||||||||
8 |
|
0,002 |
|
0,01 |
|
0,5 |
|
0,1 |
|
0,003 |
|
0,03 |
|
0,37 |
|
0,03 |
|
2,0 |
|||||||||
9 |
|
0,01 |
|
0,03 |
|
2,0 |
|
2,0 |
|
0,001 |
|
0,50 |
|
0,03 |
|
0,05 |
|
0,5 |
|||||||||
10 |
|
0,02 |
|
0,02 |
|
0,1 |
|
0,1 |
|
0,001 |
|
0,05 |
|
0,05 |
|
0,02 |
|
0,5 |
|||||||||
11 |
|
0,03 |
|
0,05 |
|
1,5 |
|
0,6 |
|
0,001 |
|
0,30 |
|
0,31 |
|
0,05 |
|
1,5 |
|||||||||
12 |
|
0,01 |
|
0,10 |
|
1,8 |
|
0,2 |
|
0,002 |
|
0,05 |
|
0,25 |
|
0,03 |
|
1,0 |
|||||||||
13 |
|
0,02 |
|
0,05 |
|
0,5 |
|
0,15 |
|
0,001 |
|
0,10 |
|
0,10 |
|
0,07 |
|
0,5 |
|||||||||
14 |
|
0,01 |
|
0,02 |
|
0,1 |
|
0,3 |
|
0,001 |
|
0,03 |
|
0,48 |
|
0,02 |
|
1,0 |
|||||||||
15 |
|
0,30 |
|
0,03 |
|
0,3 |
|
1,6 |
|
0,001 |
|
0,25 |
|
0,36 |
|
0,03 |
|
0,5 |
|||||||||
16 |
|
0,25 |
|
0,01 |
|
0,5 |
|
0,2 |
|
0,002 |
|
0,04 |
|
0,28 |
|
0,05 |
|
0,1 |
|||||||||
17 |
|
0,01 |
|
0,06 |
|
2,0 |
|
0,1 |
|
0,001 |
|
0,36 |
|
0,04 |
|
0,02 |
|
4,5 |
|||||||||
18 |
|
0,02 |
|
0,09 |
|
0,1 |
|
2,0 |
|
0,001 |
|
0,08 |
|
0,17 |
|
0,03 |
|
0,2 |
|||||||||
19 |
|
0,03 |
|
0,10 |
|
0,2 |
|
0,3 |
|
0,003 |
|
0,15 |
|
0,43 |
|
0,05 |
|
0,3 |
|||||||||
20 |
|
0,04 |
|
0,02 |
|
2,0 |
|
0,2 |
|
0,001 |
|
0,35 |
|
0,30 |
|
0,02 |
|
2,0 |
|||||||||
21 |
|
0,02 |
|
0,03 |
|
0,2 |
|
0,2 |
|
0,001 |
|
0,07 |
|
0,18 |
|
0,03 |
|
0,05 |
|||||||||
22 |
|
0,01 |
|
0,02 |
|
0,1 |
|
0,15 |
|
0,001 |
|
0,03 |
|
0,27 |
|
0,05 |
|
0,5 |
|||||||||
23 |
|
0,002 |
|
0,01 |
|
0,5 |
|
0,3 |
|
0,001 |
|
0,50 |
|
0,42 |
|
0,02 |
|
7,0 |
|||||||||
24 |
|
0,01 |
|
0,07 |
|
2,0 |
|
1,6 |
|
0,001 |
|
0,05 |
|
0,09 |
|
0,05 |
|
2,0 |
|||||||||
25 |
|
0,02 |
|
0,01 |
|
0,1 |
|
0,2 |
|
0,001 |
|
0,30 |
|
0,38 |
|
0,03 |
|
0,5 |
|||||||||
26 |
|
0,03 |
|
0,10 |
|
1,5 |
|
0,5 |
|
0,001 |
|
0,05 |
|
0,40 |
|
0,07 |
|
0,5 |
|||||||||
27 |
|
0,01 |
|
0,02 |
|
1,8 |
|
0,1 |
|
0,003 |
|
0,10 |
|
0,20 |
|
0,02 |
|
1,5 |
|||||||||
28 |
|
0,02 |
|
0,01 |
|
0,5 |
|
2,0 |
|
0,001 |
|
0,03 |
|
0,30 |
|
0,03 |
|
1,0 |
|||||||||
29 |
|
0,05 |
|
0,05 |
|
2,0 |
|
0,4 |
|
0,001 |
|
0,28 |
|
0,29 |
|
0,01 |
|
2,0 |
|||||||||
30 |
|
0,07 |
|
0,06 |
|
0,1 |
|
0,7 |
|
0,001 |
|
0,17 |
|
0,25 |
|
0,04 |
|
1,5 |
|||||||||
Таблица 2.14 – Предельно допустимые концентрации и класс опасности катионов металлов в воде |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Показатель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Металлы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Al3+ |
|
As3+ |
|
Cu2+ |
|
Fe3+ |
|
Hg2+ |
|
Mn2+ |
|
Ni2+ |
|
Pb2+ |
|
Zn2+ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
ПДКв, мг/л |
|
0,5 |
|
0,05 |
|
1 |
|
|
0,3 |
|
0,0005 |
|
0,1 |
|
0,1 |
|
|
0,3 |
|
|
5 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
http://www.mitht.ru/e-library
Класс опасности |
2 |
2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
3 |
2 |
3 |
Вопросы для проверки
1)Как различаются примеси, загрязняющие природные воды?
2)Могут ли минеральные соли изменять вкус и цвет воды?
3)Что такое эвтрофикация?
4)К каким последствиям приводит подкисление рек и озер?
5)Что происходит при тепловом загрязнении водоемов?
6)Какие факторы самоочищения гидросферы Вам известны?
7)Какими группами показателей характеризуется качество воды водоемов?
8)Как можно использовать воду и водоемы в зависимости от их качества?
9)Какие существуют виды водопользования?
10)Что такое ПДКв, ПДКвр, их единица измерения?
11)Что такое ориентировочный допустимый уровень химического вещества в воде?
12)Для каких видов водопользования устанавливаются ПДК веществ в воде?
13)В чем заключаются методы обеззараживания воды, используемые для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования?
14)Перечислите методы стандартной очистки воды.
15)Перечислите методы специальной очистки воды.
16)Что такое индекс качества воды и как он рассчитывается?
17)Перечислите основные параметры, входящие в состав общесанитарного индекса качества воды, и методы их определения.
18)Дайте определение ПДС, какая единица измерения?
19)Отличие экологического бедствия от экологического кризиса.
20)Что собой представляет гидрохимический ИЗВ?
21)Чем отличается ДЭН от ПДЭН?
23
http://www.mitht.ru/e-library
Расчетная работа № 3
ВНЕСЕНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ПОД СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ КУЛЬТУРЫ
Цель работы
1)Рассчитать массу осадка сточных вод для размещения на 1 га почвы сельскохозяйственных угодий в качестве удобрения без ухудшения её экологического состояния.
2)Определить экономическую эффективность внесения осадков сточных вод данного состава в качестве удобрения под зерновые культуры.
Введение
Количество городских сточных вод и осадков очистных сооружений постоянно растет, вместе с этим обостряются проблемы, связанные с их рациональной, экономически эффективной и экологически безопасной утилизацией. Осадки сточных вод (ОСВ) представляют собой отдельный вид отходов, образование которого в условиях городов составляет 30-45% от общего количества отходов производства и потребления. Только в Москве на очистных сооружениях ежегодно образуются миллионы тонн осадков. Для их складирования (депонирования) заняты значительные площади, а экологически безопасная переработка и хранение требуют привлечения значительных материальнотехнических ресурсов.
Основные методы утилизации осадков сточных вод и их соотношение указаны на начало XXI века в таблице 3.1.
Таблица 3.1. Основные методы утилизации осадков сточных вод( в%) в современных условиях.
Страна |
Использование в |
Захоронение |
Сжигание |
Сброс в море и |
|
сельск. хоз-ве |
на свалках |
|
др.технологии |
Англия |
53 |
16 |
7 |
24 |
Австрия |
20 |
49 |
31 |
- |
Германия |
25 |
55 |
15 |
5 |
Дания |
45 |
28 |
18 |
9 |
США |
25 |
25 |
35 |
15 |
Италия |
20 |
60 |
- |
20 |
Финляндия |
40 |
41 |
- |
19 |
Швейцария |
50 |
30 |
20 |
- |
Швеция |
60 |
30 |
- |
10 |
Франция |
23 |
46 |
31 |
- |
Вбудущем европейские страны предполагают до минимума снизить или совсем исключить захоронение отходов на свалках. Сжигание осадков сточных вод также имеет два больших недостатка: выбросы в атмосферу при переработке 1 т отходов составляет 27 кг; количество тепловой энергии, которое затрачивается на сжигание отходов, на 30% превышает энергию, которая получается при их переработке.
Осадки сточных вод могут использоваться в качестве удобрений в сельском хозяйстве, зеленом строительстве, промышленном цветоводстве, в лесных и декоративных питомниках, для биологической рекультивации нарушенных территорий, создании искусственных ландшафтов.
ВРФ производство осадков сточных вод оценивается в 2,5 млн.т сухого вещества в год. Основной метод утилизации – сохранение осадков на иловых картах15 или захоронение. Термические методы переработки осадков практически не используются из-за высокой стоимости капи-
15 Иловая карта (иловые карты) - спланированные огражденные участки земли для сушки ила (осадков) очистных сооружений. На последних этапах очистки вод на очистных сооружениях, образуется слой ила. На иловых картах осадки обезвоживаются естественным путем или с помощью дренажа. После сушки ила на иловых картах твердые осадки необходимо собирать для повторного использования участков. Подсушенный ил можно использовать в качестве удобрения.
24
http://www.mitht.ru/e-library
тальных сооружений. В России осадки сточных вод используются в сельском хозяйстве в настоящее время приблизительно на 8%, причем с учетом международного опыта можно реально использовать не менее 30% образующихся осадков сточных вод, что в среднем составляет 1 млн.т при расчете на сухое вещество.
Одним из основных показателей, по которому определяется пригодность осадков, является содержание в них органического вещества. Для использования в сельскохозяйственной практике пригодны осадки, которые содержат более 20% органического вещества на естественную влажность (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 «Охрана природы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений»). Анализ по городам и странам показывает, что в основном осадки сточных вод содержат органического вещества заметно больше (около 50%). Соответственно, большинство осадков имеют содержание общего азота намного больше, чем предусмотрено ГОСТ. В основном, содержание общего азота в осадках 2,0-2,5%, а по нормативу – 0,6%.
Несмотря на значительные социально-экономические, почвенно-климатические различия, осадки сточных вод крупных промышленных центров достаточно сходны по содержанию основных биоэлементов. Существенные различия наблюдаются по содержанию в них тяжелых металлов, которые изменяются в широком диапазоне концентраций и отражают различное развитие промышленных отраслей.
Подходы к определению дозы внесения осадков сточных вод зависят от страны, наличия земельного фонда, целевого назначения. В настоящее время в Российской Федерации требования к осадкам сточных вод включают: агрохимические показатели осадков (табл.3.2); допустимое валовое содержание семи тяжелых металлов (ТМ) и мышьяка в осадках (табл.3.3); микробиологические и паразитологические показатели осадков.
Таблица 3.2. Агрохимические показатели осадков.
Наименование показателя |
Норма |
Массовая доля органических веществ, % на сухое вещество, не менее |
20 |
Реакция среды (рН) |
5,5-8,5 |
Массовая доля общего азота (N), % на сухое вещество, не менее |
0,6 |
Массовая доля общего фосфора (P2O5), % на сухое вещество, не менее |
1,5 |
Таблица 3.3. Допустимое валовое содержание тяжелых металлов и мышьяка в осадках.
|
|
Концентрация, мг/кг сухого вещества (не более) для осадков |
||
|
Металл |
|
группы |
|
|
|
I группа |
|
II группа |
Цинк |
|
1750 |
|
3500 |
Медь |
|
750 |
|
1500 |
Хром |
|
500 |
|
1000 |
Свинец |
|
250 |
|
500 |
Никель |
|
200 |
|
400 |
Кадмий |
|
15 |
|
30 |
Мышьяк |
|
10 |
|
20 |
Ртуть |
|
7,5 |
|
15 |
Примечание: 1) При использовании в сельскохозяйственном производстве осадки по содержанию указанных металлов и мышьяка делятся на две группы: I группа более чистые осадки; II группа с содержанием тяжелых металлов в два раза большим, чем принятые для I группы.
2)При содержании любого из нормируемых элементов выше, чем указано в группе I, осадок относится к группе II.
3)В некоторых странах, кроме указанных, нормируются еще такие элементы как селен, молибден, марганец и кобальт.
25
http://www.mitht.ru/e-library
Таблица 3.4. Микробиологические и паразитологические показатели осадков сточных вод.
Показатели |
|
Нормативы |
|
I группа |
|
II группа |
|
|
|
||
Бактерии группы кишечной па- |
105 |
|
106 |
лочки (БГКП) экз./кг осадка |
|
||
фактической влажности |
|
|
|
Патогенные организмы, в т.ч. |
отсутствие |
|
отсутствие |
сальмонеллы |
|
||
|
|
|
|
Яйца гельминтов, цисты ки- |
|
|
|
шечных патогенных простей- |
отсутствие |
|
отсутствие |
ших экземпляров |
|
|
|
Примечание:1) Микробиологические и паразитологические показатели опасности объектов окружающей среды основаны на определении содержания возбудителей особо опасных болезней в единице массы или объема.
2) Патогенные биологические организмы, которые загрязняют осадки сточных вод и почву, представлены бактериями, вирусами, нематодами, простейшими, насекомыми и др. Они попадают в почву вместе с отходами и отбросами и сохраняют жизнеспособность в течение нескольких месяцев: стафилококки и стрептококки – 2-3 месяца, палочка брюшного тифа – 2-3 месяца, дифтерийная палочка – 1 месяц, дизентерийная палочка – 20 дней, туберкулезная – 10 месяцев. Споры возбудителей столбняка, сибирской язвы, ботулизма сохраняются в течение нескольких лет.
Осадки группы I можно вносить под все виды сельскохозяйственных культур, кроме овощных, грибов, зеленых и земляники. Осадки II группы используются при выращивании зерновых, зер- но-бобовых, технических и зерно-фуражных культур. Осадки I и II групп без ограничения используются в зеленом строительстве и при рекультивации техногенно нарушенных территорий.
Исследования у нас в стране и за рубежом выявили группу позитивных и негативных факторов, которые проявляются при использовании осадков в агроценозе. (Рис 3.1)
|
|
|
|
|
|
|
ФАКТОРЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПОЗИТИВНЫЕ |
|
|
|
|
|
|
|
НЕГАТИВНЫЕ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Водно-физические свой- |
|
|
|
|
|
|
Нали-чие ТМ |
||||||
|
ства почв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Макро- |
и микроэлементы |
|
|
|
|
|
|
Патогены человека |
|||||
|
питания |
|
|
|
|
Антимикробная |
ак- |
|
|
|
и животных |
|||
|
|
|
|
|
|
|
тивность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Органическое вещество |
|
|
|
|
|
|
Несбалансирован- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Выделение СО2 |
|
|
|
|
ный хим. состав |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Высокая |
биологическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
активность почв |
|
Увеличение микроб- |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ной биомассы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ферментативная |
ак- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тивность почв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3.1. Позитивные и негативные факторы влияния осадков сточных вод в агроценозе
Использование осадков в качестве удобрений допускается только после их обеззаражива-
ния.(рис.3.2)
26
http://www.mitht.ru/e-library
Все технологии обеззараживания осадков, согласно используемым методам, можно разделить на физические, химические и биохимические.
МЕТОДЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ОСАДКОВ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
физические |
|
|
химические |
|
|
биохимические |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Термическая обработка
Облучение ИК-лучами
Радиационное и γ-об- лучение
Обработка молотой негашеной известью
Обработка аммиачной водой
Обработка пестицидами
Обработка препаратом «Тиозон»
Рис.3.2. Методы обеззараживания осадков сточных вод.
Анаэробное и аэробное сбраживание
компостирование
Экологический контроль при использовании осадков сточных вод в качестве удобрений включает анализ почвы, собственно осадков и полученной сельскохозяйственной продукции. На участках, которые предназначены для внесения осадков сточных вод, проводится агрохимическое обследование почвы по таким показателям как рН, содержание подвижных форм фосфора, калия и тяжелых металлов (фоновое содержание свинца, кадмия, никеля, меди, ртути, цинка, хрома). При содержании в почве любого из указанных элементов в концентрации большем, чем 0,8 ПДКп 16 внесение осадков под сельскохозяйственные культуры запрещается.
Таким образом, основным условием экологически безопасного применения осадков сточных вод на удобрение является их обеззараживание и снижение концентрации тяжелых металлов. Помимо технологий, применяемых для снижения концентрации металлов на очистных сооружениях, перспективным методом является снижение доступности их в системе почва-растение-удобрение. Попадая в почву, соединения твердых металлов претерпевают значительные изменения. На их растворимость и биодоступность большое влияние оказывают как свойства почвы, так и биологические особенности возделываемых сельскохозяйственных культур.
Рекомендации Института органических удобрений (г. Владимир) по применению осадков сточных вод предусматривают по каждому из обнаруженных в обработанных осадках металлов определять величину максимально возможного контролируемого дополнительного внесения его в почву Двi.
|
Двi = (ПДКi - Сфi) ∙ 3 ∙ 106 ∙ К1 ∙ К2 ∙ К3 , |
(3.1) |
где ПДКпi – предельно допустимая концентрация металла в почве мг/кг; |
|
|
Сфi – исходное (фоновое) содержание металла в почве до внесения осадка сточных вод; |
|
|
3 ∙ 106 – ориентировочная масса пахотного слоя почвы кг/га; |
|
|
К1- корректирующий коэффициент, учитывающий содержание в почве гумуса; |
|
|
К2 |
- корректирующий коэффициент, учитывающий гранулометрический состав почвы; |
|
К3 |
- корректирующий коэффициент, учитывающий концентрацию водородных ионов (рН). Коэффи- |
|
циенты К1 , К2 и К3 представлены в таблице 3.5. |
|
|
16 Предельно допустимое количество вещества в почве (ПДКп, мг/кг) – количество, которое не должно вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой окружающую среду, здоровье человека, а также самоочищающую способность почвы.
27
http://www.mitht.ru/e-library
Таблица 3.5. Корректирующие коэффициенты.
|
Факторы почвы |
Коэффициент |
Содержание гумуса,% |
К1 |
|
0,5 |
– 1,0 |
0,6 |
1,0 |
– 2,0 |
0,8 |
2,0 |
– 3,0 |
0,9 |
Гранулометрический состав |
К2 |
|
песчаные и супесчаные почвы |
0,7 |
|
суглинистые почвы |
0,9 |
|
тяжелоглинистые почвы |
1,0 |
|
рН |
|
К3 |
< 6,5 |
0,4 |
|
6,5 |
– 7,0 |
0,8 |
7 – 7,5 |
1,0 |
|
Установлено, что определенная часть твердых металлов достаточно прочно связывается с органическим веществом почвы, а также с органическим веществом, внесенным с осадком. Поэтому чем выше содержание гумуса в почве, тем надежнее почва будет удерживать тяжелые металлы.
Многие виды твердых металлов связаны электростатическими силами с почвообразующими минералами. Эти связи значительно слабее на почвах более легкого гранулометрического состава. С учетом этих особенностей, доза осадков сточных вод с экологических позиций может быть увеличена на глинистых почвах и снижена на песчаных.
Закрепление твердых металлов активнее происходит в нейтральных и щелочных почвах, твердые металлы удерживаются ковалентными и координационными связями на поверхности аморфных фосфатов, карбонатов и алюмосиликатов.
3.1 Расчет массы осадка сточных вод для размещения на 1 га почвы без ухудшения её экологического состояния.
Величина максимально возможного дополнительного внесения в почву каждого из загрязняющих веществ определяется по формуле 3.1.
Двi = (ПДКi - Сфi) ∙ 3 ∙ 106 ∙ К1 ∙ К2 ∙ К3 |
(3.1) |
Масса осадка сточных вод (Мi [т/га]) для размещения на 1 га почвы, без ухудшения её экологического состояния по каждому из элементов определяется по формуле 3.2.
Мi =(Двi / Ci)103 |
(3.2) |
где Двi - величина максимально возможного дополнительного внесения в почву каждого из загрязняющих веществ, мг/га; Ci- содержание загрязняющих веществ в осадках сточных вод на сухое вещество, мг/кг; 103 –коэффициент пересчета.
Рассчитав максимально возможные массы внесения осадков сточных вод по каждому из указанных параметров, при расчете количества внесения осадков в почву выбирают минимальную величину и ориентируются на неё. Таким образом, масса осадка сточных вод (Мразм [т/га]) для размещения на 1 га почвы, без ухудшения её экологического состояния определяется по формуле 3.3.
Мразм=Мi min |
(3.3) |
|
28 |
http://www.mitht.ru/e-library
3.2. Определение экономической эффективности внесения осадков сточных вод данного состава в качестве удобрения под зерновые культуры.
Удельная экономическая эффективность (Эуд [руб/га]) внесения осадков сточных вод данного состава в качестве удобрения под зерновые культуры определяется по формуле 3.4.
Эуд = 0,001∙Q ∙ q ∙ Цзерна |
(3.4) |
где Q - средняя урожайность зерновых в РФ, Q=23 ц/га; q - прирост урожая зерновых культур в среднем в РФ при внесении осадков сточных вод, q=32% ; Цзерна=6000 руб/т - стоимость 1 тонны зерна на 2011 год; 0,001 – коэффициент пересчета.
Экономическая эффективность (Э [руб/год]) внесения осадков сточных вод данного состава в качестве удобрения под зерновые культуры определяется по формуле 3.5.
Э = Эуд ∙ МОСВ / Мразм + МОСВ∙Цразм.отх |
(3.5) |
где МОСВ [т/год] – масса осадков сточных вод за год в конкретных населенных пунктах (табл.3.9); Мразм [т/га] -масса осадка сточных вод для размещения на 1 га почвы, без ухудшения её экологического состояния; Цразм.отх= 500 руб./т - стоимость размещения 1 тонны отходов на полигоне.
Порядок выполнения работы
1)Согласно номеру по журналу кафедры определите населенный пункт для размещения отходов сточных вод и факторы почвы в данном пункте по табл.3.10. пособия.
2)Определите корректирующие коэффициенты К1,К2,К3 по табл.3.5. пособия.
3)Определите величину максимально возможного дополнительного внесения в почву каждого из загрязняющих веществ по формуле 3.1., используя данные табл.3.8 и 3.11 пособия. Полученные результаты оформите в виде табл.3.6.
Таблица 3.6. Величина максимально возможного дополнительного внесения в почву каждого из загряз-
няющих веществ, Двi [мг/га].
Вещество |
ПДКп, мг/кг |
Сф, % от ПДКп |
Сф, мг/кг |
Двi, мг/га |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4)Определите массу осадка сточных вод (Мi [т/га]) для размещения на 1 га почвы, без ухудшения её экологического состояния по каждому из элементов по формуле 3.2., используя данные таблицы
3.9. пособия. Полученные результаты оформите в виде табл.3.7.
Таблица 3.7. Масса осадка сточных вод (Мi [т/га]) для размещения на 1 га почвы, без ухудшения её экологического состояния по каждому из элементов.
Вещество |
Двi, мг/га |
Сi, мг/кг |
Мi ,т/га |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29
http://www.mitht.ru/e-library
5)Рассчитав максимально возможные массы внесения осадков сточных вод по каждому из указанных параметров, при расчете количества внесения осадков в почву выбирайте минимальную величину и ориентируйтесь на неё. Таким образом, массу осадка сточных вод (Мразм [т/га]) для размещения на 1 га почвы, без ухудшения её экологического состояния определите по формуле 3.3.
6)Определите удельную экономическую эффективность (Эуд [руб/га]) внесения осадков сточных вод данного состава в качестве удобрения под зерновые культуры по формуле 3.4.
7)Определите экономическую эффективность (Э [руб/год]) внесения осадков сточных вод данного состава в качестве удобрения под зерновые культуры по формуле 3.5.
8)Сделайте вывод об эффективности применения осадков сточных вод в качестве удобрения.
Задание к работе
Вариант задания соответствует номеру студента по рабочему журналу кафедры ПЭ и БТ.
Таблица 3.8. Предельно допустимая концентрация тяжелых металлов и мышьяка в почве (мг/кг).
вещество |
As |
Hg |
Cd |
Ni |
Pb |
Cr |
Cu |
Zn |
|
ПДКп, |
2,0 |
2,1 |
3,0 |
4,0 |
32,0 |
6,0 |
3,0 |
23,0 |
|
мг/кг |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.9. Состав осадков сточных вод некоторых населенных пунктов после очистки.
|
|
|
|
|
|
Количество |
|
Содержание загрязняющих веществ в осадках сточных вод |
|
||||||||||||||||||
Населенный пункт |
|
осадков сточ- |
|
|
|
|
|
(мг/кг) на сухое вещество, Сi |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
ных вод, МОСВ |
|
As |
Hg |
Cd |
|
Ni |
Pb |
|
Cr |
|
Cu |
|
Zn |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
т/год |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г Москва, Курьянов- |
|
9000 |
|
|
6 |
7 |
|
10 |
104 |
36 |
380 |
|
430 |
|
|
1670 |
|
||||||||||
ская СА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
г Пушкин |
|
|
|
4100 |
|
|
8 |
4,5 |
|
26 |
130 |
52 |
260 |
|
445 |
|
|
960 |
|
||||||||
(Санкт-Петербург) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
г Новосибирск |
|
|
|
8000 |
|
|
16 |
10 |
|
30 |
300 |
399 |
1600 |
|
720 |
|
|
3500 |
|
||||||||
г Владимир |
|
|
|
4500 |
|
|
4 |
3 |
|
11 |
52 |
50 |
180 |
|
360 |
|
|
740 |
|
||||||||
г Казань |
|
|
|
7400 |
|
|
9 |
13 |
|
56 |
141 |
70 |
1550 |
|
320 |
|
|
70 |
|
||||||||
г Нижний Новгород |
|
5800 |
|
|
12 |
9 |
|
20 |
460 |
220 |
1010 |
|
900 |
|
|
3500 |
|
||||||||||
Таблица 3.10. Варианты задания. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
№ по жур- |
|
Населенный пункт |
|
|
|
|
|
|
Факторы почвы |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
содержание |
|
гранулометрический |
|
|
рН |
|
||||||||||||||||||
налу |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гумуса (%) |
|
|
|
состав |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1,7,13,19,25 |
|
г Москва, Курьяновская СА |
|
|
0,7 % |
|
|
|
суглинистые |
|
|
|
|
6,3 |
|
||||||||||||
2,8,14,20,26 |
|
г Пушкин (Санкт-Петербург) |
1,5 % |
|
|
|
суглинистые |
|
|
|
|
6,7 |
|
||||||||||||||
3,9,15,21,27 |
|
г Новосибирск |
|
|
|
|
2,1 % |
|
песчаные и супесчаные |
|
7,2 |
|
|||||||||||||||
4,10,16,22,28 |
|
г Владимир |
|
|
|
|
0,8 % |
|
|
|
суглинистые |
|
|
|
|
5,8 |
|
||||||||||
5,11,17,23,29 |
|
г Казань |
|
|
|
|
|
|
1,7 % |
|
песчаные и супесчаные |
|
6,8 |
|
|||||||||||||
6,12,18,24,30 |
|
г Нижний Новгород |
|
|
|
|
1,2 % |
|
|
|
суглинистые |
|
|
|
|
5,7 |
|
||||||||||
Таблица 3.11. Варианты задания. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
№ по |
|
Фоновая концентрация Сф загрязняющих веществ (% от ПДКп) в почве |
|
|
|||||||||||||||||||||||
журналу |
|
As |
|
Hg |
|
Cd |
|
|
Ni |
|
Pb |
|
|
|
Cr |
|
Cu |
|
|
|
|
Zn |
|
||||
1 |
|
|
5 |
|
|
2 |
|
7 |
|
|
|
23 |
|
30 |
|
|
|
18 |
|
34 |
|
|
|
|
29 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
10 |
|
|
|
15 |
|
25 |
|
|
|
10 |
|
40 |
|
|
|
|
9 |
|
|
3 |
|
|
9 |
|
|
5 |
|
12 |
|
|
|
18 |
|
9 |
|
|
|
5 |
|
33 |
|
|
|
|
15 |
|
|
4 |
|
|
13 |
|
|
9 |
|
5 |
|
|
|
15 |
|
14 |
|
|
|
23 |
|
12 |
|
|
|
|
10 |
|
|
5 |
|
|
3 |
|
|
2 |
|
9 |
|
|
|
10 |
|
12 |
|
|
|
7 |
|
24 |
|
|
|
|
30 |
|
|
6 |
|
|
8 |
|
|
8 |
|
13 |
|
|
|
9 |
|
21 |
|
|
|
6 |
|
13 |
|
|
|
|
16 |
|
|
7 |
|
|
4 |
|
|
10 |
|
8 |
|
|
|
12 |
|
17 |
|
|
|
19 |
|
21 |
|
|
|
|
33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
http://www.mitht.ru/e-library