Биологическая очистка сточных вод животноводческих комплексов с использованием высших водных растений

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты лабораторных экспериментов по определению оптимальных условий для выращивания водных растений (eihhornia crassipes Solms., azolla caroliniana, lema minor L., elodea сanadensis) в сточных водах животноводческих комплексов. Освещены итоги гидрохимических анализов сточных вод до и после культивирования вышеназванных растений.

ABSTRACT

In the article results of laboratory experiments are presented to determine optimal conditions for the cultivation of water plants (eihhornia crassipes Solms., azolla caroliniana, lema minor L., elodea сanadensis) in sewage disposal of livestock breeding complexes. Results of hydro-chemical analysis of sewage disposal before and after culturing the above-mentioned plants are highlighted.

Рост городов, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий, отсутствие работы и средств к существованию, тяжелое экономическое положение и другие факторы ведут к хищническому использованию природных ресурсов, в том числе водных.

Целый ряд международных организаций и правительств в течение последних 10-15 лет прилагают усилия по реализации мер, направленных на предотвращение загрязнения естественных водоемов, на их защиту от загрязнения продуктами человеческой жизнедеятельности [1, с. 2; 2, с. 368].

Сточные воды животноводческих комплексов представляют собой высококонцентрированную смесь, состоящую из грубо- и мелкодиспергированных примесей, растворенных соединений и воды. Твердые экскременты свиней и коров содержат до 89-90 % воды и только 10-11 % сухого вещества (7-8 % органического вещества и 3-2 % солей). В навозной жиже водная составляющая увеличивается до 93-95 % [4, с. 68].

Исследования, проведенные на ряде свинокомплексов и ферм крупного рогатого скота (КРС), показали, что изучаемые сточные воды сильно минерализованы. Содержание солей в них колеблется от 11 360 мг/л (на фермах КРС) до 19 860 мг/л (на свинокомплексах). В состав сточных вод входят 2 560–5 710 мг/л гидрокарбонат иона (HCO₃), 500–700 мг/л неорганического азота (NH₄, NO₂, NO₃), 370–712 мг/л фосфора (P₂O₅), 610-650 мг/л калия (K₂O), 241–350 мг/л Na⁺ и другие элементы [3, с. 147].

Этим водам присуще повышенное количество общего числа микроорганизмов, в том числе сапрофитных бактерий, кишечной палочки, условно-патогенных и патогенных микробов, а также гельминтов. Количество сапрофитных микроорганизмов, в зависимости от состава сточных вод, колеблется от 12·10⁶ до 24,85·10⁶ кл/мл. Число бактерий кишечной группы в жиже свинокомплексов превышает 23,1·10⁶ кл/мл, а на фермах (КРС) находится в пределах 2–13,8·10⁶ кл/мл.

Во многих странах реализуется политика, направленная на предотвращение специфических загрязнений посредством применения наилучших доступных технологий, которые характеризуются наименьшими значениями показателей энерго- и ресурсопотребления. Основанием такой политики служит законодательство, устанавливающее требования по применению лучших и доступных технологий, получивших преимущественное распространение в странах Европейского союза, США и других развитых странах [5, с. 170].

Около 50 % микрофлоры составляют патогенные виды, способные вызывать колибактериоз, дизентерию, тиф, абсцессы, флегмону, острые и хронические энтериты, туберкулез, рожу свиную и др.

Таким образом, сточные воды животноводческих комплексов являются носителем инфекционного начала, а следовательно, и распространителем разнообразных патогенных организмов.

Традиционные способы обработки загрязненных стоков обычно малоэффективны, дорогостоящи, энергоемки и практически недоступны для использования на небольших фермах, в подсобных хозяйствах.

Биологический метод с применением водных растений считается одним из лучших и эффективных. При этом используются биологические пруды, в которых качество и характер сточных вод влияют на рост и развитие, а также на состав гидробионтов и, в конечном счете, на интенсивность очищения самих стоков.

В лабораторных условиях с целью установления оптимальных условий для выращивания водных растений проводились экспериментальные работы в 20-литровых круглых аквариумах, куда вносились адаптированные высшие водные растения (ВВР): эйхорния отличная (Eihhornia crassipes Solms.), азолла каролинская (Azolla caroliniana), ряска малая (Lema minor L.), элодея канадская (Elodea canadensis).

Результаты гидрохимических исследований сточных вод КРС в условиях лабораторного эксперимента представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты гидрохимического анализа сточных вод КРС в условиях модельного эксперимента, мг/л

Из данных таблицы 1 видно, что в исходном стоке концентрация ХПК и БПК₅ было очень высоким – 2856 и 767 мг/л. Содержание взвешенных веществ составляло 187 мг/л, азота – 293 мг/л, pH – 6,2.

В лабораторных условиях спустя 10 дней после внесения вышеназванных растений появляется растворенный в воде кислород. Значительно улучшаются физические свойства воды: исчезает запах, вода становится бесцветной и прозрачной.

Установлено, что для роста эйхорнии отличной на сточных водах КРС наиболее подходящим оказался 2-й вариант. Под влиянием эйхорнии отличной происходило снижение: ХПК – до 26,7 мг/л, БПК₅ – до 3,8 мг/л. Взвешенные вещества исчезли, одновременно рН среды приобрела щелочную реакцию (рН – 8,3). Возросло количество растворенного кислорода до 18,2 мг/л при полном отсутствии в начале исследований.

Для элодеи канадской и ряски малой оптимальной средой оказался 3-й вариант. При этом ХПК снизилось до 28,1 и 29,6 мг/л, азот – до 0,71 и 0,78 мг/л. Взвешенные вещества исчезли, и возросло содержание растворенного кислорода до 17,9 и 17,1 мг/л.

Наиболее подходящей средой для азоллы каролинской оказался 4-й вариант. В этом варианте сточная вода очищается до предельно допустимой концентрации.

Таким образом, для выращивания эйхорнии отличной на сточной воде КРС более благоприятна сточная вода + ВВ в соотношении 4:1. При этом суточный прирост составляет 73,3 г/сут. (рис. 1).

Рисунок 1. Суточный прирост биомассы

Для культивирования элодеи канадской и ряски малой наиболее оптимальным оказался вариант 3 – сточная вода + ВВ в соотношении 1:1, при котором прирост равнялся 69,5–48,4 г/сут. Азолла каролинская сравнительно высокий суточный  прирост биомассы (40,2 г/сут.) дает в 4-м варианте.