Оценка влияния продуктов брожения ОСВ и смеси из ОСВ и ТБО на почву

В результате процесса брожения образуется 2 вида продуктов – биогаз и полуразложившиеся органические остатки. Эти остатки в процессе брожения при температуре 55⁰С проходят процесс естественной стерилизации от яиц гельминтов, семян сорных растений и патогенных микроорганизмов и могут быть использованы в качестве удобрений (Коренова, 1979). С другой стороны, в составе данных органических остатков, как и в исходных субстратах (ОСВ и ТБО), присутствуют и вредные компоненты (например, тяжелые металлы) (Селивановская, 2009). Исходя из этого, на следующем этапе работ необходимо было проверить влияние продуктов брожения на почву. Продукты брожения вносили в количестве 30т/га и через 30 сут определяли воздействие на агрохимические свойства почвы (Сорг и Nобщ) и растения.

Влияние внесения в почву продуктов брожения ОСВ и смеси из ОСВ и ТБО на содержание органического углерода и общего азота

Агрохимические свойства почв характеризуют их способность к плодородию. Одними из основных агрохимических параметров являются содержание в почве органического углерода и общего азота, необходимых как для растений, для и для почвенных микроорганизмов.

Результаты определения данных параметров без и при внесении продуктов брожения представлены на рис. 3.3.

Из рисунка видно, что почва, в которую производилось внесение продуктов брожения, является достаточно бедной – содержание Noбщ составило 0,06%, Сорг – 0,93%. Внесение продуктов брожения в обоих случаях не привело к достоверному изменению агрохимических параметров. Вероятно, это связано с тем, что продукты брожения вносились в незначительных по массе количествах (1%).

Рис. 3.3. Влияние внесения продуктов брожения на содержание Nобщ и Сорг

Кроме того, нами был определен показатель рН. Выявлено, что внесение продуктов брожения не оказало на его уровень влияния – во всех случаях он составил 6,7 единиц.

3.5.2 Влияние внесения в почву продуктов брожения ОСВ и смеси из ОСВ и ТБО на растения овса посевного (Avena sativa L)

Поскольку основной задачей при использовании нетрадиционных удобрений является улучшение развития растений и повышение их урожайности, на заключительном этапе была проведена оценка их внесения на растения овса (Avena sativa L.). Предварительно была определена всхожесть семян, которая составила 90%. Семена овса засевали в инкубационные сосуды и через 14 суток учитывали ростовые характеристики. Оценивали биомассу растений, а также длину корня и наземной части. Результаты представлены на рис. 3.4.

Рис. 3.4 Влияние продуктов брожения длину корня и наземной части овса посевного (Avena sativa L.)

Из рисунка 3.4 видно, что внесение продуктов брожения оказывает стимулирующий эффект как на длину подземной, так и на длину наземной части растений, причем большая стимуляция наблюдается при внесении смеси «ОСВ+ТБО» (41% по сравнению с 25%). Аналогичный стимулирующий эффект наблюдался и для биомассы растений – она увеличилась с 1,6 до 2,1 (для ОСВ) и 2,6 (для смеси «ОСВ+ТБО») г.

Таким образом, в работе показано, что составление смесей из отходов может приводить к повышению эффективности их сбраживания. Такая эффективность оценивается с использованием следующих показателей: выход биогаза, содержание метана и сероводорода в биогазе, влияние продуктов брожения при внесении в почву на агрохимические показатели и растения. Наиболее эффективным вариантом для совместного сбраживания является смесь, состоящая из ОСВ (70%) и ТБО (30%).

ВЫВОДЫ:

1. Наибольшее содержание Сорг наблюдалось в опилках промасленных, пищевых отходах и жире (80,72, 45,27 и 57,91мг/г сухого вещества, соответственно). Наименьшее содержание Сорг обнаружено в ТБО и курином помете (13,65 и 10,80 мг/г сухого вещества). Наибольшее содержание Nобщ отмечено в курином помете - 4,96%, наименьшее - в опилках промасленных и отходах жира (0,21 и 0,51%, соответственно). рН отходов колебался от 4,5 до 7,9, влажность - от 1,34% до 96,18%. P. caudatum оказался менее чувствительным тест-объектом по отношению к исследуемым отходам, чем R. sativus: при тестировании с инфузориями 3 вида отходов были отнесены к V классу опасности и 5 – к IV; при тестировании с редисом к V классу были отнесены 3, к IV – 3, и к III – 2 вида отходов. Наиболее токсичными по отношению к редису оказались отсев из ТБО и опилки промасленные.

2. Исходя из данных об исходных характеристиках отходов было составлено 13 смесей из них. Наибольшее содержание Nобщ было отмечено в смесях, содержащих куриный помет (8,9%), наибольшее содержание Сорг – в смесях содержащих ОСВ (31,99мг/г) и промасленные опилки (59,98мг/г). По результатам биотестирования с использованием P.caudatum и R. sativus большая часть смесей оказалась малоопасной (IV класс опасности).

3. Наименьший объем биогаза при сбраживании смесей в термофильной режиме в течение 14 сут в реакторах без перемешивания выделился из смеси, состоявшей из куриного помета и пищевых отходов (1,08 мл биогаза /г сухого вещества), наибольший - из исходных отходов - ОСВ (34,2 мл биогаза/г сухого вещества) и отсев ТБО (32,17 мл биогаза /г сухого вещества), а также их смеси в соотношении 10:3 (60,66 мл / 1 г сухого вещества).

4. Кумулятивный объем метана при сбраживании ОСВ и смеси «ОСВ+отсев ТБО» в термофильном режиме в реакторах с постоянным перемешиванием в течение 21 сут различался незначительно (133 и 153 мл/г сухого вещества). Учитывая, что общий выход биогаза для смеси «ОСВ+отсев ТБО» больше, сбраживание смеси является экономически более целесообразным, т.к. позволяет получить на 25% больше метана. По содержанию сероводорода в биогазе варианты практически не различались между собой – на третий день сбраживания концентрация H₂S составила порядка 2800, а на 21-й день – 710 ppm.

5. Внесение продуктов брожения ОСВ и смеси «ОСВ+отсев ТБО» в почву не приводило к достоверному изменению Сорг и Nобщ, однако оказывало стимулирующий эффект на длину подземной и наземной частей растений, причем большая стимуляция наблюдалась при внесении смеси «ОСВ+отсев ТБО» (41% по сравнению с 25%). Аналогичный стимулирующий эффект наблюдался и для биомассы растений – она увеличилась с 1,6 (для контрольной почвы) до 2,1 (для ОСВ) и 2,6 (для смеси «ОСВ+ отсев ТБО») г.

Список литературы

1. Аликсеев Ю.В. Осадки горных сточных вод в качестве удобрений/ Ю.В Аликсеев. //Химия в сельском хозяйстве.-1989.-№12.-С.27-30.

2. Баадер В., Доне Е., Бренндорфер М. Биогаз: теория и практика/ В. Баадер[и др.]; отв. ред. М.И.Серебряного. – М.: 1982. – 148с.

3. Башара Л.А. Эколого-гигеническая оценка осадков хозяйственно-бытовых сточных вод г. Усть-кута/ Л.А. Башара //Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля матер. Научно-технической конференции.- Пенза 1996.-С.6-9.

4. Бекер М.Е. Трансформация продуктов фотосинтеза/ М.Е. Бекер[и др.]; отв. ред. Ю.Э. Швенкер. – Рига: 1984. - 249с.

5. Государственный доклад: о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды республики татарстан в 2007 году/ В.В. Ананьев[и др.]; отв. ред. Н.П. Торсуев. –Казань.: 2008. – 477с.

6. Государственный доклад: о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды республики татарстан в 2008 году [электронный ресурс].- Электрон., текстовые. Граф.(178 Мб). – Казань.: Государственный доклад., 2008. – 1 электронный. опт. диск (CD-ROM).

7. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2008 году.- Казань: «Идел-Пресс», 2009.- 476с

8. Дубровский В. С. Виестур У.Э. Характеристика переходных процессов метанового брожения отходов свинофермы/ В. С. Дубровский У.Э Виестур // Биологические основы микробиологических синтезов. – Алма- Ата, 1985. – С. 41.

9. Дубровский В. С., Виестур У. Э. Энергосберегающая и не загрязняющая окружающую среду экспериментальная технология утилизации навозных стоков животноводческих комплексов / В. С. Дубровский У.Э Виестур / Биотехнологии и биотехника. — София, 1986. — № 2. — С. 3—5.

10. Дубровский В.С. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов/ В.С. Дубровский, У.Э. Виестур. – Рига: Зинатне, 1988. - 204с.

11. Евилевич А.З., Евилевич М.А. Очистные станции как безотходные самоокупаемые предприятия/ А.З. Евилевич, М.А. Евилевич //Водоснабжение и санит.техники.-1988.-№2.-С.22-23.

12. Иванов И.Л. О возможности использования осадков городских сточных вод в качестве органических удобрения/ И.Л. Иванов [и др.]/Агрохимия.-1996.-№3.-С.32-36.

13. Исаев М.Д. Информационное бюллетень/ М.Д. Исаев – М.: 2009. - 157 с.

14. Касатков В.А., Влияние осадков сточных вод на почву/ В.А Касатков //Химизация сельского хозяйства.-1991.-№1.-С. 58-61.

15. Касатиков В.А. Технологическая свойство термофильной сбреженных осадков городских сточных вод и особенности их применения в зерновом звене севооборота/ В.А. Касатиков [и др.]// Агрохимия.-1990.-№2.-С.36-42.

16. Ковалевская А.С., Смолова О.В. Методы классификации токсикантов на основе выявления характеристик этологических реакций инфузорий //Известия ЮФУ. Технические науки.-2006.-№4.-С.126-130.

17. Коренова Т.С. Сельскохозяйственное значение утилизации осадков сточных вод как удобрение/ Т.С. Коренова [и др.]//Водоснабжение и санит.техника.-1979.-№6.-С.12-14

18. Латыпова В.З. Регионное нормирование антропогенных нагрузок на природные среды/ В.З. Латыпова [и др] – Казань:Фен,2002.-272с.

19. Мерзлая Г.Е., Зябкина Г.А., Нестерович И.А. [и др]. Агроэкологическая оценка использования осадков сточных вод//Агрохимия.- 1995. - №5- С.92-96.

20. Пименов П.К. Высокоэффективное органоминеральное удобрение/ П.К. Пименов //Хими в сельском хозяйстве.-1986.№12.-С.30-31.

21. Рябова М.А. Анаэробное сбраживание как метод предварительной очистки сточных вод животноводческих комплексов/ М.А. Рябова . — Свердловск,: Автореф. дис. канд. техн. наук, 1974. — 22 с.

22. Русаков Н.В. Эколого- гигиенические условия использования осадков сточных вод в земледелии/ Н.В.Русаков [и др.] //Гигиена и санитария. –1995.–т.4№6.–С.10-18.

23. Селивановская С.Ю., Отходы производства и потребления: правовые регулирования, размещение/С.Ю, Селивановская. – Казань: Казан. гос. ун-т, 2009 -222 с.

24. Синяк Ю. В., АвизовА X. Возможность экономии природных энергоре­сурсов за счет анаэробной ферментации органосодержащих веществ/ Ю.В.Синяк, А X. Авизов// Энергетика топлива. — 1984. — № 6. — С, 42—59.

25. СанПиН 2.1.7.1322/О введении в действие санитарно-эпидемиологических правил и нормативов// 2003 г. N 80

26. Садовникова Л.К. Влияние осадков сточных вод и извести на подвижность соединений тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве/ Л.К. Садовникова, М.В. Касатиков //Агрохимия.-1995.-№6.-С.81-88.

27. Селивановская С.Ю. Природные и антропогенные факторы формирования фитотоксичности осадков сточных вод/ С.Ю. Селивановская, В.З. Латыпова, Ф.К. Алимова //Токсикологический вестник.-1999.-№5.-С.14-18.

28. Соколов Л.И. Оценка экологических опасности осадка городских сточных вод и технология его утилизации/ Л.И. Соколов //Почва, отходы производства и потребления: проблем охраны и контроля. Матер. Научно-технической конференции.- Пенза 1996.-С.38-42.

29. Федорец Н.Г. Отходы целлюлозно-бумажной промышленности как удобрение/ Н.Г. Федорец [и др.]//Химизация сельского хозяйства.-1990.-№11.-С.56-57.

30. Форстера К.Ф., Экологическая биотехнология/ К.Ф. Форстера, Д.А.Дж.Вейза,-Л.:Химия,1990 – 384с.

31. Хаммер М. Технология обработки природных и сточных вод: Пер. с англ. Ю. В. Матвеева: Под ред. Т.А. Карюхиной. – М.:1978. – 400с.

32. Хойлэнд Д.Г., Осадок сточных вод / Д.Г. Хойлэнд,// C.O.K. - 2007.- N 11 – С.36-38.

33. Хиггинса И., Биотехнология/И.Хиггеннса, Д.Беста, Дж.Джонсан,// Принципы и применение – М.:Мир,1998 - 480с.

34. Щербаков А.П. Использование сбраживание осадков сточных вод городских очистных сооружений на выщелоченных черноземах в условиях воронежской области/ А.П. Щербаков, Х.А. Джувекилян //Агрохимия.-1989.-№6-С.85-89.

35. Янко В. Г. Обработка сточных вод и осадка/ В. Г. Янко, Ю. Г. Янко— Киев,: 1978. — 120 с.

36. Alastair J. Ward , Phil J. Hobbs , Peter J. Holliman , David L. Jones Оptimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources //

37. Bioresource Technology.-2008.- V.99.- P. 7928–7940

38. Angelidaki I., Ellegaard L. Codigestion of manure and organic wastes in centralized biogas plants – status and future trends // Applied Biochemestry and Biotechnology . – 2003. – V. 109. – P. 95-105.

39. Bouallagui H., Touhami Y., Cheikh R.B., Hamdi M. Bioreactor performance in anaerobic digestion of fruit and vegetable wastes // Process Biochemistry.- 2005.- V. 40 .- P. 989-995

40. Bolzonella D., Battistoni P., Susini C., Cecchi F. Anaerobic codigestion of waste activated sludage and OFMSW: the experiences of Viareggio and Treviso plants (Italy) // Water Sceince and Technology. – 2006. – V. 53. – P. 203-211

41. Demirer G.N., Chen S. Two-phase anaerobic digestion of unscreened dairy manure // Process Biochemistry.- 2005.- V. 40 .- P. 3542-3549

42. Hartmann H., Ahring B.K.// Anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste: influence of co-digestion with manure // Water Research .- V. – 39.- P.1543-1552

43. ISO 11261-2 Soil quality -- Determination of total nitrogen -- Modified Kjeldahl method – Part 2:Effects of chemicals on the emergence and growth of higher plants. 1995.-3p

44. Kunte D.P., Yeole T.Y., Ranade D.R. Two-stage anaerobic digestion in developing countries – a review // Water Sceince and Technology. – 2004. – V. 50. – P. 103-108

45. Mata-Alvarez J. Biomethanization of the Organic Fraction of Municipal Solid Wastes // IWA Publishing. – 2001. – P. 347-351

46. Mata-Alvarez J., Macé S., Llabrés P. Anaerobic digestion of organic solid wastes. An overview of research achievements and perspectives//Bioresource Technology, - 2000. - V.74. – P. 3-16

47. Rasi S., Veijanen A., Rintala J.Trace compounds of biogas from different biogas production plants//Energy, - 2007 - V32. - Pages 1375-1380

48. Romano R.T. and Zhang R.H. Co-digestion of onion juice and wastewater sludge using an anaerobic mixed biofilm reactor // Bioresource Technology. – 2008. – V. 99. – P. 631-637

49. Sahlstrom L. A rewiew of survival of pathenogenic bacteria in organic waste used in biogas plants // Bioresource Technology. – 2003. – V. 87. – P. 161-166

50. Smet E., Van Langenhove H., De Bo I. The emission of volatile compounds during the aerobic and the combined anaerobic/aerobic composting of biowaste. // Atmospheric Environment. 1999. Vol. 33. Pp. 1295-1303.

51. Tafdrup S. Viable energy production and waste recycling from anaerobic digestion of manure and other biomass materials // Biomass&Bioenergy.- 1995.- V.9.- P.303-314

52. Ward Alastair J., Hobbs Phil J., Holliman Peter J., Jones David L. Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources//Bioresource Technology, - 2008. - V.99. – P.
7928-7940

Интернет-ресурсы:

1. Биореакторы и газгольдеры для утилизации биологических отходов, получение биогаза и органических удобрений [электронный ресурс], – электрон. дан. – 2010 - Режим доступа: www.bio.bmpa.biz, свободный

2. Биореакторы и газгольдеры для утилизации биологических отходов, получение биогаза и органических удобрений [электронный ресурс], – электрон. дан. – 2010 - Режим доступа: www.bio.bmpa.biz, свободный.

3. Исаев, 2009, Общие сведения о биогазе [электронный ресурс], – электрон. дан. –2009 - Режим доступа: www.eurodiesel.com.ua, свободный.

4. Общие сведения о биогазе [электронный ресурс], – электрон. дан. - 2008. - Режим доступа: www.eurodiesel.com.ua, свободный.

5. О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан [электронный ресурс]: гос. доклад. – 1998. – Режим доступа: http://eco.tatar.ru/rus/file/pub/pub_17424.zip, свободный.

6. Практический опыт использования биологических методов очистки сточных вод, образующихся в индустрии напитков [электронный ресурс], – электрон. дан. - Екатеринбург., 2007. - Режим доступа: www.enviro-chemie.ru, свободный.

7. Приказ Министерства природных ресурсов РФ №511 от 15.06.2001 г. «Об утверждении критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» [Электронный ресурс].-Режим доступа: //www.gosnadzor.ru, свободный.

8. Теплосоюз Украин [электронный ресурс]: 2007-2009. - Режим доступа: www.teplosoyuz.сom, свободный.

9. Экологические проблемы птицефабрик России и роль биотехнологии в переработке органических отходов[электронный ресурс]/wepPticeProm отраслевой портал- электрон. дан. – Белград.:2007-2008.Режим доступа: http://www.webpticeprom.ru/ru/articles-processing-waste.html?pageID=1229453737, свободный.

10. EcoRussia.info [электронный ресурс], – электрон. дан. – 2010 - Режим доступа: www.ecorussia.info свободный.

11. Органическое удобрение: Птичий помет[электронный ресурс] – электрон. дан. – 2009 - 2011- Режим доступа: http://nlogorod.ru/udobrenia_organik_pomet.php свободный.