Экологическое совершенствование технологии обработки продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов с применением фосфогипса (на прим

    Таким образом, результаты экспериментальных  исследований позволяют рекомендовать разработанный и апробированный в лабораторных условиях эффективный подкисляющий реагент – смесь суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты для технологии обработки продуктов ГСК с последующей утилизацией их в сельском хозяйстве. 

    2.4 Экологическое совершенствование ресурсосберегающей технологии обработки продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов и оценка экотоксикологической безопасности получаемых продуктов 

    На  основании проведенных экспериментальных  исследований рекомендуется применять в технологии утилизации продуктов ГСК в качестве подкисляющего реагента смесь суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты (500:1). Для интенсификации процесса разделения предлагается использовать тонкослойный отстойник – сгуститель. Зависимость химических и физических характеристик продуктов ГСК от различных факторов потребовала уточнить скорость сползания частиц с тонкослойного элемента. Поэтому разработана компьютерная программа для расчета скорости сползания на базе известной математической модели в среде MathCad 2001.

    Для снижения количества загрязняющих веществ с поверхности накопителя свиноводческих комплексов рекомендуется установить бортовые отсосы, которые частично будут улавливать газообразные загрязнения, испаряющиеся с поверхности накопителя, при условии дальнейшей их очистки в зернистых фильтрах (антрацитовая загрузка).

    Рекомендуемая технологическая схема обработки продуктов ГСК актуальна для свиноводческих хозяйств как с малой производительностью до 1,0 тыс. голов, так и с высокой производительностью от 15 тыс. голов и более (рисунок 4).

    По  предложенной схеме продукты ГСК, образующиеся на территории свиноводческого хозяйства, самотеком поступают в приемный резервуар, после чего с помощью насоса–измельчителя жидкие отходы поступают на смесители, где происходит поэтапное смешивание с реагентами. В качестве первого реагента используется известковое молоко, второго реагента смесь суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты. Получаемая смесь подается на отстойник, включающий блок тонкослойного отстаивания и сгущения осадка. Твердая фаза перекачивается на центрифугу, далее на лопастную сушилку, а затем в цех фасовки и упаковки. Жидкая фаза в количестве 10% от общего расхода возвращается на смесители в целях экономии свежей воды и реагентов. Остальная часть после разбавления свежей водой поступает на поля орошения.

    Экспериментальным путем (СП. 2.1.7.1386 – 03) установлено, что осадок, полученный при фракционировании продуктов ГСК с использованием фосфогипса, относится к IV классу опасности (таблица 2).

    Рисунок 4 - технологическая схема обработки продуктов ГСК

    Таблица 2 - Определение класса опасности по химическим компонентам

    органоминерального  удобрения 

    В результате лабораторных исследований влияния продуктов фракционирования отходов свиноводческих хозяйств на простейшие вида  Paramecium caudatum и Tetrachymena pyriformis установлено, что количество тест–культур возросло по сравнению с контролем в 4–5 раз. При разбавлении твердой фракции чистой водой в соотношении 1:2 наблюдали значительное увеличение численности микроорганизмов. Графическая зависимость изменения численности инфузорий в твердой фазе продуктов ГСК отражена на рисунке 5.

 Рисунок 5- Изменение численности инфузорий в твердой фазе продуктов ГСК с pH  
1 – 6,5; 2–7,5, 3 – водопроводная вода, обработанная фосфогипсом в течение определенного промежутка времени 

          Из рисунка 5 следует, что продукты фракционирования не оказывают экотоксикологического влияния на водную биоту.

    Специфические свойства жидких отходов свиноводческих комплексов, обработанных фосфогипсом, при их утилизации на сельскохозяйственных полях орошения, вызвали необходимость более глубоких исследований, направленных на изучение динамики роста и развития следующих форм почвенных микроорганизмов: гетеротрофов, актиномицетов, микроскопических грибов и фосфорредуцирующих бактерий (рисунок 6 и 7). До обработки численность микроорганизмов в почвенном образце составила: микроскопические грибы–5,5∙10⁶; гетеротрофы–7,1∙10⁵; актиномицеты – 1,3∙10⁶; фосфорредуцирующие бактерии– 9,3∙10⁵.

    Рисунок 6–Изменения численности экологических групп микроорганизмов при обработке почвы твердой фазой продуктов ГСК при различных значениях pH

    Экспериментальные исследования динамики роста микроорганизмов  под воздействием продуктов ГСК проводились в течение 100 суток. Максимальное значение численности микроорганизмов наблюдалось на 40–50 сутки. По результатам наблюдения установлено, что наиболее благоприятные условия  для развития микроорганизмов были созданы при внесении в почву продуктов фракционирования с pH 6,5. Так, численность микроскопических грибов при обработке твердой фазой составила 9·10^8,, жидкой фазой–8,5·10⁸, гетеротрофов, соответственно, 9,3·10⁸ и 7·10⁸; актиномицетов–9,1·10⁸ и 7,3·10⁸, фосфор редуцирующих бактерий–8,9·10⁸ и 5,3·10⁸. Полученные результаты исследований влияния продуктов фракционирования ГСК на почвенные микроорганизмы показывают, что и жидкая и твердая фаза улучшают биологические свойства почвы.

    Рисунок 7–Изменения численности экологических групп микроорганизмов при обработке почвы жидкой фазой продуктов ГСК при различных значениях pH 

    Дополнительные  экотоксикологические исследования высших растений на примере редиса сорта “Розово–красный круглый с белым кончиком” (Raphanus sativus var. Radicula) показали, что наиболее благотворное влияние на их рост и развитие оказывает жидкая фракция продуктов ГСК при разбавлении чистой водой в соотношении 3:2 и твердая–в соотношении 4:1. Твердую фракцию рекомендуется вносить в почву без разбавления с учетом её агрохимических характеристик.

    Таким образом, на основании проведенных  экотоксикологических исследований установлено, что продукты фракционирования ГСК не оказывают ингибирующего действия на почвенную, водную биоты и высшие растения. Такой вывод позволяет рекомендовать их к использованию в качестве органоминеральных удобрений в сельском хозяйстве при выращивании кормовых культур. Полезные свойства минеральных веществ органоминерального удобрения усиливаются органической составляющей, поэтому его использование позволит значительно повысить плодородие почв, увеличить урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. 

    2.5 Эколого-экономическая оценка усовершенствованной технологии использования продуктов ГСК и фосфогипса 

    Эколого-экономическая оценка направлена на определение технико-экономической эффективности предлагаемых технологических решений и предотвращенных ущербов окружающей среде в результате реализации разработанной технологии.

    Определение экономической эффективности технологии обработки продуктов ГСК проводили для хозяйства ООО”Аксайская-Нива”, Ростовской области производительностью 5,0 тыс. голов и расходом жидких отходов 500 м³/сут. Расчеты проводили в ценах 2006 года.

    Проведенные результаты расчета сводных затрат при подготовке продуктов ГСК к утилизации показали, что затраты на реагенты в случае использования суспензии суперфосфата составили 86 % (рисунок 8) от общей суммы эксплуатационных затрат, тогда как применение суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты сократило их до 65 % (рисунок 9).

    Такое значительное снижение эксплутационных  затрат можно объяснить использованием в качестве подкисляющего реагента дешевого отхода производства вместо дорогостоящего минерального удобрения – суперфосфата. При этом экономия на реагентах составит 21 млн. руб в год и себестоимость подготовки 1 м³ жидких отходов свиноводческих комплексов с использованием фосфогипса снизится до 72,5 руб., тогда как в случае с суперфосфатом эта цифра составила 184 руб.

    При определении предотвращенных экономических ущербов учитывалось, что в результате реализации усовершенствованной технологии продукты фракционирования полностью утилизировались в сельскохозяйственном производстве, поэтому риск загрязнения поверхностных водотоков отсутствовал. Таким образом, при использовании в обработке продуктов ГСК как суперфосфата, так и фосфогипса, значения предотвращенных ущербов водным ресурсам одинаковы и составили 2858,8 тыс. руб.

    Применение  в обработке продуктов ГСК  фосфогипса позволило уменьшить выбросы загрязняющих веществ в среднем на 80-95 % и получить предотвращенный ущерб в размере 11670,8 тыс. руб.

    Размеры предотвращенного ущерба от загрязнения  земель при использовании  фосфогипса (в количестве 2 млн. кг в год) при фракционировании продуктов ГСК составят 32,6 млн. руб, при утилизации продуктов ГСК (в количестве 150 тыс. м³ в год) в сельскохозяйственном производстве –14,7 млн. руб..

    Таким образом, при реализации разработанной  технологии с использованием фосфогипса суммарный предотвращенный ущерб окружающей среде составит 47,2 млн. руб.  

    РЕКОМЕНДАЦИИ  ПРОИЗВОДСТВУ 

          1. Подготовку продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов рекомендуется проводить с использованием известкового молока до pH 9,5–11,5 с последующим подкислением смесью суспензии фосфогипса и ортофосфорной кислоты (500:1) до pH 6,5 – 8,5.

          2. На примере потребности озимой пшеницы в отдельных биогенных компонентах в зависимости от стадии развития рекомендуется вносить полученное органоминеральное удобрение под вспашку – 261 кг/га (N₈₀), при посеве – 65 кг/га (N₂₀), при ранневесенней подкормке – 147 кг/га. Жидкую фазу после фракционирования продуктов ГСК при предварительном разбавлении чистой водой в соотношении 1:2 рекомендуется использовать для орошения сельскохозяйственных культур.

          3. При использовании реагентной подготовки на свиноводческих хозяйствах рекомендуется сократить размеры санитарно – защитной зоны в 2–3 раза.

    ВЫВОДЫ

          1. Теоретически и экологически обосновано использование фосфогипса в качестве подкисляющего реагента при фракционировании продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов, расчетным путем установлено, что фосфогипс является отходом IV класса опасности.

    2. Экспериментально установлены технологически  оптимальные дозы подкисляющего реагента, включающего суспензию фосфогипса и ортофосфорную кислоту в соотношении 500:1 (по объёму)

    3. Экологически усовершенствована технология обработки продуктов гидросмыва свиноводческих комплексов за счет использования в качестве подкисляющего реагента отхода производства ортофосфорной кислоты – фосфогипса. Предложены и защищены патентами технические решения, позволяющие интенсифицировать процесс отстаивания и устройства по улавливанию загрязняющих веществ, испаряющихся с поверхности сооружений, которые дают возможность значительно сократить санитарно - защитную зону.