Обоснование режима орошения стоками животноводческих комплексов, минимизирующего загрязнение подземных вод тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.02, кандидат технических наук Евграфов, Алексей Владимирович

• Евграфов, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Евграфов, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. УТИЛИЗАЦИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ.

1.1 .Общие положения.

1.2 .Виды стоков их классификация и свойства.

1.3 .Некоторые экологические аспекты утилизации сточных вод животноводческих комплексов.

1.4 .Технология применения и внесения стоков.

1.5 .Технология подготовки животноводческих стоков.

Глава 2 .МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СОВМЕСТНОГО ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ВЛАГИ И АЗОТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ПОЧВЕ И ПОДСТИЛАЮЩИХ ГРУНТАХ.

2.1 .Формы содержания и превращения азота в почвах.

2.2 .Цели и задачи создания математической модели, требования к ней.

2.3 .Модель передвижения влаги в почве.

2.3.1 .Начальные и граничные условия для модели влагоперено

2.4 .Модель передвижения азотных соединений.

2.4.1 Константы нитрификации и денитрификации.

2.4.2 .Отбор азотных соединений корнями растений.

2.4.3 .Граничные условия.

2.5 .Модель продуктивности растений.

Глава 3. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ АЗОТА В ПОЧВЕ.

3.1 .Характеристика объекта.

3.2 .Методы определения содержания ионов №Г4 и Ж)"з в почве. 72 3.3. Сравнение результатов исследований с расчётными данными.

Глава 4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОГНОЗОВ.

4.1.Почвенно-географические условия исследуемых областей.

4.2.Культуры выращиваемые, при утилизации сточных вод животноводческих комплексов.

Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОГНОЗОВ.

5.¡.Общая реализация модели.

5.2. Расчёт водного режима.

5.3. Определение безопасных концентраций азотных соединений в сточных водах животноводческих комплексов.

5.4.Трансформации азотных соединений в почве.

5.5.Распределение азотных соединений в геохимических барьерах.

5.6.Динамика поступления нитратных соединений в грунтовые воды.

5.7.Расчёт утилизационной способности ИПУ в зависимости от природно-климатических условий.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование режима орошения стоками животноводческих комплексов, минимизирующего загрязнение подземных вод»

Актуальность проблемы. В последние десятилетия доперестроечного периода рост производства мяса и молока и перевод животноводческих комплексов на бесподстилочное содержание животных привел к значительному увеличению объёмов сточных вод в сельском хозяйстве, следовательно, значительно увеличилась нагрузка на окружающею среду, остро встала проблема очистки или утилизации стоков.

Сточные воды содержат в себе различные вещества, которые могут быть использованы для выращивания сельскохозяйственной продукции. Наиболее ценными в этом плане являются сточные воды животноводческих комплексов, поскольку они содержат в больших количествах питательные вещества, необходимые для роста и развития растений. Из веществ, содержащихся в животноводческих стоках после их подготовки, наиболее подвижными и опасными, с экологической точки зрения, являются соединения азота: нитраты N03 и аммонийный азот КН4.

Наиболее эффективным и экономически целесообразным признаётся способ утилизации сточных вод животноводческих комплексов на ирригационных полях утилизации с выращиванием сельскохозяйственной продукции. Растительность, почвенный покров и подстилающие его грунты ирригационных полей утилизации выступают как геохимические барьеры по пути движения веществ, содержащихся в сточных водах. Для повышения эффективности работы геохимических барьеров необходимо создание оптимальных водного, воздушного и питательного режимов земель, орошаемых сточными водами.

При утилизации сточных вод на ирригационных полях необходимо также осуществлять контроль за количеством поступающих веществ, перераспределением их между геохимическими барьерами для предотвращения загрязнения грунтовых вод азотными и другими соединениями с целью недопущения ухудшения экологической обстановки. Таким образом, исследования совместного передвижения влаги и веществ в почве и подстилающих грунтах и модель продуктивности растений с учётом стохастических свойств погодных условий, позволят разрабатывать на основе долгосрочных прогнозов оптимальные сценарии утилизации сточных вод животноводческих комплексов, исключающие или минимизирующие загрязнение почв, подстилающих грунтов и подземных вод.

Следует отметить, что во многих работах, посвященных утилизации и очистке сточных вод животноводческих комплексов данная проблема рассматривалась по схеме: технология подготовки —» внесение -> получение урожая. Экологической стороне вопроса внимания уделялось мало, хотя даже при подсчёте нормы внесения заложен коэффициент использования азота травами 0.7 и фактически 30 % остаются неиспользованными и могут являться причиной загрязнения почвы, подстилающих грунтов и грунтовых вод.

Цели и задачи работы : Совершенствование математических методов оценки влияния сточных вод животноводческих комплексов на изменение азотного режима почв, грунтов и грунтовых вод при их утилизации на полях орошения с точки зрения теории геохимических барьеров и разработка на данной основе оптимальных сценариев утилизации сточных вод животноводческих комплексов, расположенных в разных природных зонах Российской Федерации.

Основные задачи исследований:

- определить механизмы перераспределения азотных соединений в геохимических барьерах и их трансформации;

- разработать математические модели совместного передвижения влаги и азотных соединений в почве, грунтах и отбора их растениями с позиции геохимических барьеров;

- выполнить проверку адекватности модели экспериментальным данным;

- реализовать математические модели в виде программы для ЭВМ;

- выполнить долгосрочные прогнозы экологической ситуации при многолетнем функционировании ирригационных полей утилизации сточных вод животноводческих комплексов и разработать оптимальные стратегии утилизации в разных природных зонах РФ.

Методика исследований. В основу исследований положены решения дифференциальных уравнений передвижения влаги и азотных соединений в почве с учётом нитрификации и денитрификации, поглощения азота почвой и растениями, конвективной диффузии. При разработке моделей использованы результаты исследований российских и зарубежных авторов в данной области. Оптимальные сценарии утилизации стоков устанавливались методом долгосрочного прогнозирования с учётом естественной стохастики погодных условий.

Научная новизна работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований уточнены модели совместного передвижения азотных соединений и влаги в почвах и грунтах с позиции теории геохимических барьеров, в которых достаточно полно учтены специфические особенности их трансформации, механизмы поступления и расходования в зависимости от климатических и гидрогеологических условий. Решена задача долгосрочного прогноза водного и азотного режимов земель при орошении сточными водами.

Практическая значимость работы. С использованием разработанных методик прогноза установлены экологически допустимые нормы внесения азотных соединений на ирригационных полях утилизации сточных вод животноводческих комплексов, при которых не происходит загрязнения нитратными и аммонийными соединениями почвы, подстилающих грунтов и грунтовых вод, в результате чего достигается экологически безопасное функционирование полей утилизации.

Реализация работы. Результаты работы переданы для использования в НПО " Прогресс " и используются для обучения студентов старших курсов в Московском государственном университете природообустройства на кафедре мелиорации и рекультивации земель.

Апробация и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях МГУП в 1996 - 1998 гг., а также работа демонстрировалась на выставке МЧС в 1996 году, по теме диссертации опубликована статья.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста и включает в себя 7 рисунков, 55 таблиц, 33 графика. Список литературы содержит 168 наименования отечественных и зарубежных авторов.