CC BY
35
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 628.316.12:628.35 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-01-1
ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОКОВ ПТИЦЕВОДЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ ПРИ ДОБАВЛЕНИИ ФЕРРИТНОЙ СУСПЕНЗИИ
THE TECHNOLOGY OF CLEANING OF SEWAGE OF POULTRY ENTERPRISES USING NATURAL SORBENTS WITH ADDING TO FERRITAL SUSPENSION
А.С. Овчинников, член-корреспондент РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.С. Бочарников, доктор технических наук, профессор М.А. Денисова, ассистент
A.S. Ovchinnikov, V.S. Bocharnikov, M.A. Denisova
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agrarian University
В настоящее время стоит острая проблема с надлежащей очисткой сточной воды. Из сложившейся ситуации видно, что основная доля в засорении водного ресурса принадлежит жилищно-коммунальным хозяйствам, промышленным и животноводческим предприятиям. Экологическая безопасность данных производств подразумевает применение различных способов удаления загрязняющих примесей из сточных вод. На очистке сточной воды базируются физико-химические, биологические, химические и механические процессы. Поэтому стоит задача по разработке новых технологий или совершенствование существующих способов очистки, которые позволяют снизить капитальные затраты. За объект исследования нами взяты сточные воды ЗАО «Птицефабрика «Волжская» Среднеахтубинского района Волгоградской области. Предлагаемая реагентно-механическая технология подразумевает повышение качества очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов и ионов аммония. Данная технология позволяет снизить содержание опасных примесей в сточных водах до предельно допустимых концентраций, поэтому актуально применение новых технологий, основанных на использовании дешевых сорбентов и реагентов. В статье приведены результаты химического анализа исследуемых сточных вод на содержание тяжелых металлов и ионов аммония. Разработана блок-схема исследований по очистке птицеводческих стоков. Рассмотрены возможности использования различных природных сорбентов в качестве фильтрующей загрузки. Разработана конструкция сорбционной установки с различными природными сорбентами для определения наиболее эффективного по удалению тяжелых металлов и ионов аммония. Был определен объем суспензии и оптимальное время контакта с исследуемыми стоками.
Currently there is an acute problem with proper wastewater treatment. From the current situation it is clear that a high contribution to the clogging of the hydrophytic resource is carried out by housing and communal services, industrial and livestock enterprises. The environmental hazard of production data involves the use of various methods to remove contaminants from wastewater. Physico-chemical, biological, chemical and mechanical processes are based on wastewater treatment. Therefore, the task is to develop new technologies or improve existing cleaning methods that reduce capital costs. We took the wastewater of Volzhskaya Poultry Farm CJSC of the Middle Akhtubinsky District of the Volgograd Region as the object of study. Many methods and methods have been developed for the purification of multicomponent wastewater, the proposed mechanical reagent technology implies an improvement in the quality of wastewater treatment from heavy metal compounds and ammonium ions. This technology allows to reduce the content of hazardous impurities in wastewater to the maximum permissible concentrations, therefore the application of new technologies based on the use of cheap sorbents and reagents is
15
relevant. The article presents the results of chemical analysis of the studied wastewater on the content of heavy metals and ammonium ions. A block diagram was developed for research on cleaning poultry waste. The possibilities of using various natural sorbents as a filtering load are considered. The design of the sorption unit with various natural sorbents has been developed to determine the most effective for removing heavy metals and ammonium ions. The volume of the suspension and the optimal time of contact with the studied effluent were determined.
Ключевые слова: сточные воды, цеолит, сорбенты, ферритовая суспензия, фильтрующая загрузка, птицеводческие стоки, водные объекты, очистка, статическая объемная емкость.
Key words: wastewater, zeolite, sorbent, ferritic suspension, filter loading, poultry waste, water bodies, cleaning, static volumetric capacity.
Введение. Картина, которая вырисовывается из состояния водных объектов крупных городов, является малоудовлетворительной.
Из сложившейся ситуации видно, что основная доля в засорении водного ресурса принадлежит жилищно-коммунальным хозяйствам, промышленным и животноводческим предприятиям. Чрезвычайное беспокойство на сегодняшний день вызывают поверхностные воды, загрязненные сбрасываемыми стоками и не соответствующие санитарным нормам. Проблема заключается в том, что со сбрасываемыми стоками в водные ресурсы попадает бытовой, промышленный мусор, который является токсичным и при разложении выделяет канцерогенные вещества.
Крупные города с контингентом свыше 1 млн чел. поставляют до 50 % загрязняющих веществ в поверхностные воды. Из диаграммы видно, сколько процентов загрязненных сточных вод в 2017 году сбрасывается в водные объекты различными регионами страны.
Краснодарский край
Ростовская область
Волгорадская область Астраханская область Республика Адыгея Республика Калмыкия
0 10 20 30 40 50 60 70
Рисунок 1 - Диаграмма сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты в 2017 году
Из года в год объем сбрасываемых отходов в поверхностные водные ресурсы составляет около 200 миллионов тонн, и только 50 млн. тонн являются очищенными и пригодными для использования [2].
При взятии пробы воды на химический анализ для проверки содержания вредных веществ было выявлено превышение предельно допустимой концентрации для таких веществ, как №, ЗД и другие тяжёлые металлы, сульфаты, фенолы,
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
№ 1 (53), 2019
малорастворимые соли, аммоний и азот. Как известно, тяжелые металлы имеют свойство накапливаться в почвенном покрове, при этом образуя валовые и подвижные формы [11].
При спринклерном методе орошения использование таких сточных вод в качестве оросительной воды невозможно, так как образование налета от примесей тяжелых металлов приведет к засорению ленточного канала разбрызгивающих машин [10].
Поэтому, несомненно, есть необходимость очистки сточных вод от загрязняющих примесей.
Материалы и методы. Нами предлагается реагентно-механическая технология очистки сточных вод от примесей тяжелых металлов и ионов аммония. Этот метод заключается в использовании ферритовых реагентов и сорбционного фильтра с загрузкой из природных сорбентов.
В лабораторных условиях для очищения сточных вод была собрана фильтровальная установка с загрузками различных природных сорбентов.
Данная установка представляет собой три емкости цилиндрической формы объемом по 1000 мл, наполненные различными природными сорбентами. Принятие фильтрата осуществляется в три конические колбы объемом по 500 мл. Использование в качестве фильтрующей загрузки различных сорбентов предполагает выявление самого эффективного по очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов и аммония [7].
Сточная вода
1
Сточная вода Сточная вода
Фильтрат
I
г
1
I-------' 1
/ 1 /•••• • /•••••
\ Г •••гг
) ° О О о 1
о° 0 о /о о О 3
\ 0 ° О 2 (* • • •>: \ф •• • ••
. Ч ;
]
Фильтрат
Фильтрат
7
Рисунок 2 - Схема лабораторно-экспериментальной установку по очистке сточных вод с различными природными сорбентами: 1 - гравийный песок; 2 - слой фильтрующей ваты; 3 - активированный уголь марки БАУ-А; 4 - цеолит с фракцией 4,0; 5 - цеолит с фракцией 1,25; 6 - цеолит с фракцией 0,75; 7 - емкость для принятия фильтрата
В каждую емкость внесен различный природный сорбент:
1) В первом цилиндре представлены сорбенты, такие как активированный уголь марки БАУ-А и гравийный песок, а также слой фильтрующей ваты, чтобы не происходило просыпания фильтрата.
2) Во втором загружены активированный уголь марки БАУ-А, гравийный песок, цеолит фракцией 4,0 мм и слой фильтрующей ваты.
3) В третьем загрузка состоит из цеолита различной фракции, это 0,75; 1,25, 4,0 мм и слой фильтрующей ваты.
Качество очистки во многом зависит от фильтрующей загрузки, которая является главным рабочим компонентом фильтрационных систем, поэтому необходимо сделать ее правильный подбор, который влияет в первую очередь на хорошую работу фильтра и качество получаемой воды.
Для выбора сорбционного композита нужно исходить из его стоимости и возможности приобретения, в месте постройки данного фильтра при условии выбранного материала, соответствия техническим требованиям [8].
К техническим требованиям фильтрующей загрузки относятся:
1. Необходимый групповой состав загрузки.
2. Размер зерен фильтрационного материала.
3. Механические и физические свойства прочности зерен загрузки.
4. Химически устойчивые зерна по отношению к сточным водам.
Известно множество групп сорбентов, имеющих избирательную способность в отношении одного класса загрязнителей [14]. Существуют универсальные, синтетические, органические и неорганические сорбенты, имеющие хорошую поглотительную способность различных химических соединений (таблица 1).
Таблица 1 - Виды сорбционных материалов и поглощающих ими веществ
Сорбент Удаляемое вещество
Бурый уголь Медь, цинк, кадмий, свинец
Древесный уголь Кобальт
Измельченные морские раковины Цинк, медь, олово
Древесные опилки Медь, никель
Струвит Никель
Одним из известных в современном мире адсорбентом является цеолит. Самые общеизвестные виды цеолитов - это клиноптилолит (К2, №2, Са)•Аl2Si7O18•6H2O, а также морденит, гейландит, их разнообразие очень велико [3 ].
За последние годы проведены обширные минералого-технологические исследования и накоплен банк данных по их химическому, минеральному составу и основным, определяющим к применению свойствам, разработаны технологические процессы с использованием как природных, так и активированных форм.
Представленный обзор по материалам существующих сорбентов показывает, что большое количество разнообразных сорбционных материалов в итоге сводится к нескольким обобщенным типам сорбентов, которым свойственны достоинства и недостатки использования для очистки сточных и улучшения природных вод [12].
Поэтому для относительно недорогих сорбентов природного происхождения очень важной является возможность утилизации таким образом, чтобы исключить попадание поглощающих веществ в природную среду. Кроме того, для снижения экономических затрат немаловажно использовать местное сырье. Также цеолит экономически привлекателен за счет долгого срока службы загрузки (до 5 лет), он используется для очистки ливневых вод, сточных вод нефтяных объектов и животноводческих комплексов.
В настоящее время становится актуальным метод ферритизации для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Этот метод заключается в приготовлении ферритовой суспензии, которая представляет собой сильнейший магнетик для удаления примесей различных металлов. Ферритовая очистка отличается своей простотой, в основе которой лежит принцип магнитного осаждения продуктов загрязнения [13].
Результаты и обсуждение. Объектом исследования являются сточные воды ЗАО «Птицефабрика «Волжская» Среднеахтубинского района Волгоградской области (рисунок 3).
Рисунок 3 - Гидротехническое сооружение: пруд-накопитель сточных вод ЗАО «Птицефабрика «Волжская» Среднеахтубинского района Волгоградской области
В агропромышленном комплексе существует ряд экологически опасных предприятий, спецификой которых в данное время является увеличение объемов товаро-оборотов, соответственно возрастает опасность для окружающей среды.
Нами был выполнен фотоколориметрический анализ птицеводческих стоков на содержание различных примесей. Результаты химического анализа приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Концентрация веществ в исследуемой сточной воде _ЗАО «Птицефабрика «Волжская»_
Наименование иссле- Концентрация веществ ис- Предельно-допустимая концентра-
дуемого вещества следуемого вещества, мг/л ция веществ в сточной воде, мг/л
Железо общее 35,5 0,3
Железо II 15,6 0,1
Железо III 25,3 0,1
Хром 1,1 0,07
Цинк 1,3 0,01
Медь 3,5 0,001
Кадмий 1,6 0,005
Аммоний 10,5 2
По результатам проведенного анализа нами была разработана блок-схема по дальнейшему исследованию сточных вод.
По данной технологии исследуемая сточная вода очищается до значений предельно допустимых концентраций, которые позволяют данную воду сбрасывать в водоемы и использовать для полива сельскохозяйственных технических культур.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
№ 1 (53), 2019
Рисунок 4 - Блок-схема планируемых исследований по очистке сточных вод птицеводческого производства
Заключение. На основании приведенных исследований была разработана установка по использованию в качестве фильтрационной загрузки природных сорбентов, таких как активированный уголь, гравийный песок и цеолит. Нами была определена дозировка ферритовой суспензии при оптимальном контакте времени со стоками. Ферритизирован-ные стоки прошли каскадную фильтрацию через различные сорбенты, в результате чего была выбрана загрузка с природным цеолитом, которая показала наиболее эффективное удаление тяжёлых металлов и ионов аммония из исследуемых стоков.
Библиографический список
1. Внутрипочвенное внесение удобрений и мелиорантов [Текст] / С.Я. Семененко, В.Г. Абезин, В.А. Моторин и др. // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2017. - № 2. - С. 233-239.
2. Кружилин, И.П. Оценка состояния поля и агромелиоративных приемов на качество полива дождевальными машинами [Текст]/ И.П. Кружилин, О.В. Козинская // Плодородие. -
2011. - № 2. - С. 52.
3. Овчинников, А.С. Новые технические решения повышения эффективности ресурсосберегающих способов полива [Текст] / А.С. Овчинников, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -
2012. - № 1. - С. 119-124.
4. Овчинников, А.С. Исследование природных сорбирующих мелиорантов при водосбе-регающем орошении [Текст] / А.С. Овчинников, Е.П. Боровой, М.П. Мещеряков // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2012. - № 1. - С. 3-7.
5. Семененко, С.Я. Водопотребление кукурузы при различных технологиях использования для орошения животноводческих сточных вод [Текст] / С.Я. Семененко, О.М. Агеенко // Аграрный научный журнал. - 2016. - № 12. - С. 61-63.
6. Степанова, С.В. Очистка модельных вод от ионов трехвалентного железа сточными водами производства целлюлозы из отходов злаковых культур [Текст] / С.В. Степанова // Вестник технологического университета. - 2017. - Т.20. - №16. - С. 137-141.
7. Степанова, С.В., Очистка вод от ионов меди сточными водами производства целлюлозы из отходов злаковых культур [Текст] / С.В. Степанова // Вестник технологического университета. - 2017. - Т.20. - №19. - С. 142-145.
8. Чертков, М.П. Применение биологических методов очистки воды при водоподготовке и очистке сточных вод [Текст] / М.П. Чертков // Российский инженер. - 2017. - №1. - С. 44-49.
9. Яловая, Н.П. Очистка природных вод от загрязнения нефтесодержащими сточными водами [Текст] / Н.П. Яловая, И.П. Барсук // Вестник Брестского государственного технического университета. Водохозяйственное Строительство, теплоэнергетика и геоэкология. - 2011. -№ 2. - С. 87-90.
10. Water pressure monitoring in irrigation piping as quality management tools of sprinkler irrigation [Tekst] / I.P. Kruzhilin, A.S. Ovchinnikov, N.V. Kuznetsova et all. // Arpn Journal Of Engineering And Applied Sciences. - 2018. - Tom 13. - №13. - P. 4181-4184.
11. Pollution levels of stormwater discharges and resulting environmental impacts [Tekst] / S. Bru-dler, M. Rygaard, K. Arnbjerg-Nielsen // Science of the Total Environment. - 2019. - № 663. - P. 754-763.
12. Nitrogen removal from iron oxide red wastewater via partial nitritation-Anammox based on two-stage zeolite biological aerated filter [Tekst]/ X. Feng, X. Wang, Z. Chen et all.// Bioresource Technology. - 2019. - P. 17-24.
13. Research of the treatment of depleted nickel-plating electrolytes by the ferritization method [Tekst]/ G. Kochetov, T. Prikhna, O. Kovalchuk и др. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2018. - № 3 (6-93). - P. 52-60.
14. Formation of struvite from agricultural wastewaters and its reuse on farmlands: Status and hindrances to closing the nutrient loop [Tekst]/ A. Muhmood, J. Lu, R. Dong и др. // Journal of Environmental Management. - 2019. - №230. - P. 1-13.
Reference
1. Vnutripochvennoe vnesenie udobrenij i meliorantov [Tekst] / S. Ya. Semenenko, V. G. Abezin, V. A. Motorin i dr. // Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. - 2017. - № 2. - Р. 233-239.
2. Kruzhilin, I. P. Ocenka sostoyaniya polya i agromeliorativnyh priemov na kachestvo poliva dozhdeval'nymi mashinami [Tekst]/ I. P. Kruzhilin, O. V. Kozinskaya // Plodorodie. - 2011. - № 2. - P. 52.
3. Ovchinnikov, A. S. Novye tehnicheskie resheniya povysheniya jeffektivnosti resursos-beregayuschih sposobov poliva [Tekst] / A. S. Ovchinnikov, V. S. Bocharnikov // Izvestiya Nizh-nevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. -2012.- № 1.- P. 119-124.
4. Ovchinnikov, A. S. Issledovanie prirodnyh sorbiruyuschih meliorantov pri vodosberegay-uschem oroshenii [Tekst] /A. S. Ovchinnikov, E. P. Borovoj, M. P. Mescheryakov // Izvestiya Nizh-nevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie. -2012. - № 1. - P. 3-7.
5. Semenenko, S. Ya. Vodopotreblenie kukuruzy pri razlichnyh tehnologiyah ispol'zovaniya dlya orosheniya zhivotnovodcheskih stochnyh vod [Tekst] / S. Ya. Semenenko, O.M. Ageenko // Agrarnyj nauchnyj zhurnal. - 2016. - № 12. - P. 61-63.
6. Stepanova, S. V. Ochistka model'nyh vod ot ionov trehvalentnogo zheleza stochnymi vo-dami proizvodstva cellyulozy iz othodov zlakovyh kul'tur [Tekst] / S. V. Stepanova // Vestnik tehno-logicheskogo universiteta. - 2017. - T.20. - №16. - P. 137-141.
7. Stepanova, S. V., Ochistka vod ot ionov medi stochnymi vodami proizvodstva cellyulozy iz othodov zlakovyh kul'tur [Tekst] / S. V. Stepanova // Vestnik tehnologicheskogo universiteta. - 2017. -T.20. - №19. - P. 142-145.
8. Chertkov, M. P. Primenenie biologicheskih metodov ochistki vody pri vodopodgotovke i ochistke stochnyh vod [Tekst] / M. P. Chertkov // Rossijskij inzhener. - 2017. - №1. - P. 44-49.
9. Yalovaya, N. P. Ochistka prirodnyh vod ot zagryazneniya neftesoderzhaschimi stochnymi vodami [Tekst] / N. P. Yalovaya, I. P. Barsuk // Vestnik Brestskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Vodohozyajstvennoe Stroitel'stvo, teplojenergetika i geojekologiya. - 2011. - № 2. - P. 87-90.
10. Water pressure monitoring in irrigation piping as quality management tools of sprinkler irrigation [Text] / I.P. Kruzhilin, A.S. Ovchinnikov, N.V. Kuznetsova i dr. // Arpn Journal Of Engineering And Applied Sciences. - 2018. - Tom 13. - №13. - P. 4181-4184.
11. Pollution levels of stormwater discharges and resulting environmental impacts / S. Brudler, M. Rygaard, K. Arnbjerg-Nielsen // Science of the Total Environment. - 2019. - № 663. - P. 754-763.
12. Nitrogen removal from iron oxide red wastewater via partial nitritation-Anammox based on two-stage zeolite biological aerated filter / X. Feng, X. Wang, Z. Chen i dr.// Bioresource Technology. - 2019. - P. 17-24.
13. Research of the treatment of depleted nickel-plating electrolytes by the ferritization method / G. Kochetov, T. Prikhna, O. Kovalchuk i dr. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 2018. - № 3 (6-93). - P. 52-60.
14. Formation of struvite from agricultural wastewaters and its reuse on farmlands: Status and hindrances to closing the nutrient loop / A. Muhmood, J. Lu, R. Dong i dr. // Journal of Environmental Management. - 2019. - №230. - P. 1-13.
E-mail: [email protected]
УДК 631.671:635.615 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-01-2
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
СТОЛОВОГО АРБУЗА НА БУРЫХ ПОЛУПУСТЫННЫХ ПОЧВАХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ
PATTERNS OF CONSUMPTION SWEET WATERMELON ON BROWN
SEMI-DESERT THE SOILS OF THE NORTH-WESTERN CASPIAN SEA
В.В. Бородычев, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.А. Дедов, аспирант Э.Б. Дедова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
V.V. Borodychev, A.A. Dedov, E.B. Dedova
Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова, г. Москва
All-Russian Research Institute for Hydraulic Engineering and Land Reclamation of A.N. Kostyakov
Представлены результаты экспериментальных исследований по определению закономерностей эвапотранспирации столового арбуза на бурых полупустынных почвах Северо-Западного Прикаспия при капельном способе полива с учетом фенологических особенностей культуры. Установлено, что на величину потребления воды в процессе формирования продуктивности арбуза сто-
