Вся производственная деятельность человека связана с образованием различного рода отходов, которые поступают в окружающую среду. С развитием промышленности, ростом городов и повышением степени их благоустройства возрастает объем осадков сточных вод, которые накапливаются на территории очистных сооружений.
Город Нижневартовск располагается вдоль реки Оби на хорошо дренированной суходольной, залесенной местности и заболоченной территории, большая часть которой отсыпана. Основные экологические проблемы, сложившиеся на территории города, связаны с проблемой утилизации отходов, деградацией природных экосистем города и загрязнением природных сред в результате жизнедеятельности человека.
Почвы города Нижневартовска обладают следующими показателями: значение рН от 5,3 до 7,7; низкое содержание нитратного азота - меньше 2,8 мг/кг; содержание азота аммонийного 3,3 - 20,1 мг/кг; содержание хлоридов 1,8 ммоль на 100 г почвы; низкое содержание Р2О5 - от 13 до 105 мг/кг; содержание калия 110,4 мг/кг. Химические и физико-химические показатели характеризуют ухудшение химических свойств почв: истощение запасов питательных элементов, подщелачивание, подкисление и загрязнение токсикантами. Среднее содержание органического вещества в пробах почв — 4,9 %. По изученным параметрам почвы города не соответствуют требованиям к качеству городских почв [1]. Одним из путей решения проблемы загрязненных городских почв и увеличения их плодородия является применение в зеленом строительстве осадков канализационных очистных сооружений [2].
На канализационных очистных сооружениях города Нижневартовска ежегодно образуется более 15 тыс. м3 обезвоженных осадков. Обезвоженный осадок вывозится на иловые карты площадью около 5 га, которые в настоящий момент близки к заполнению (рисунок 1).
Для исследований был взят осадок первичных и вторичных отстойников, обезвоженный на центрифугах с применением реагентов и находившийся на иловых картах в течение двух лет.
|
|
|
Рисунок 1 - Иловые карты КОС города Нижневартовска
По основным агрохимическим показателям осадки канализационных очистных сооружений г. Нижневартовска можно считать ценными органическими удобрениями с благоприятной реакцией среды, значительным содержанием органического вещества, азота, кальция и магния, но довольно низким — калия. Обращает на себя внимание повышенное содержание сульфатов, входящих в состав коагулянтов, и кальция (таблица 1). Почва контрольной делянки относится к категории песчаных.
Таблица 1
Показатели качества осадка канализационных очистных сооружений и почвы делянок
|
№ п/п |
Наименование показателя |
Ед. изм |
Значение показателя |
|
|
Осадки КОС |
Почва |
|||
|
1 |
рН |
ед. рН |
6,63 |
6,1 |
|
2 |
Азот аммонийный |
мг/кг |
11 |
10,89 |
|
3 |
Калий |
мг/кг |
35,1 |
37,2 |
|
4 |
Натрий |
мг/кг |
19,2 |
7,5 |
|
5 |
Магний |
мг/кг |
137 |
13,7 |
|
6 |
Кальций |
мг/кг |
2806,8 |
141,1 |
|
7 |
Хлориды |
мг/кг |
10,7 |
6,7 |
|
8 |
Сульфаты |
мг/кг |
6142 |
8,46 |
|
9 |
Нитраты |
мг/кг |
520 |
163,2 |
|
10 |
Фосфаты |
мг/кг |
- |
7,5 |
Согласно экологическому сертификату осадки имеют V класс опасности, что позволяет их использовать для удобрения обедненных городских почв. Содержание тяжелых металлов в осадке не превышает ПДК (таблица 2).
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в осадке иловых площадок
|
Показатель |
Содержание, мг/кг |
ПДК, мг/кг |
|
Свинец |
30,5 |
250 |
|
Кадмий |
0,34 |
15 |
|
Цинк |
253 |
1750 |
|
Медь |
57,8 |
750 |
|
Никель |
7,9 |
200 |
|
Хром |
2,3 |
500 |
|
Ртуть |
0,26 |
- |
|
Мышьяк |
1,3 |
10 |
Опыты проводились в микрополевых условиях. Осадок в начале лета внесли в кольца из плотного полиэтилена диаметром 25 см и высотой 20 см в дозах: 0 (контроль), 25 %, 50%, 75 % и 100 % сухой массы осадка с четырехкратной повторяемостью каждого варианта смеси. В каждое кольцо было высеяно 150 семян травосмеси «Сибиряк» (райграс пастбищный – 20 %, овсяница луговая – 40 %, овсяница тростниковая – 40 %). После посадки произведен полив. В дальнейшем полив проводился с регулярностью 1 раз в неделю с учетом погодных условий.
После первых всходов определили всхожесть семян (рисунок 2). Одновременно всхожесть была определена в лабораторных условиях.
В конце сезона через 58 дней после высева семян определили урожайность посевов газонной травы. Для этого траву состригли и взвесили сырую массу с каждой делянки отдельно. Затем высушили, не смешивая, до воздушно-сухого состояния и снова взвесили. Урожайность возросла при внесении в песчаную почву 25 % осадка - в 2,8 раза; 50 % осадка – в 1,7 раза; 75 % осадка – в 1,9 раза. При выращивании газонной травы на одном осадке урожайность снизилась на 28,6 % (рисунок 3).
Построение математической модели в виде эмпирического уравнения регрессии по выборке ограниченного объема проводилось с помощью методов регрессионного анализа. Анализ полученных опытных данных показал, что наилучшее приближение исследуемых значений дают нелинейные уравнения регрессии в виде полиномов 2,3,4-ой степени вида:
|
|
|
|
Контрольная делянка |
|
|
|
|
|
75 % осадка в почвогрунте |
Рисунок 2 - Зависимость всхожести семян газонной травы от доз осадка канализационных очистных сооружений
1 – всхожесть в лабораторных условиях; 2 – всхожесть в полевых условиях; 3 – линия тренда
|
|
|
|
Контрольная делянка |
|
|
|
|
|
75 % осадка в почвогрунте |
Рисунок 3 - Влияние доз осадка канализационных очистных сооружений на урожайность и высоту газонной травы
1 – урожайность свежей травы; 2 – урожайность сухой травы; 3 – высота травы
Коэффициенты эмпирического уравнения регрессии 
определялись на ПК с помощью функции ЛИНЕЙН() в программе Microsoft Excel, которая кроме оценок коэффициентов регрессии, выдает значения их стандартных ошибок, коэффициента детерминации, стандартную ошибку уравнения регрессии. Стандартные ошибки оценок коэффициентов исследуемых уравнений регрессии равны 0, что показывает их статистическую значимость. Коэффициент детерминации, который показывает совместное влияние всех переменных, входящих в уравнение множественной регрессии, равен 1.
Нижневартовск находится в зоне умеренного континентального климата. Летний период составляет 70-80 дней, зима длинная с затяжными морозами. Межсезонье короткое, нестабильное. Среднее значение годовой температуры — -1°С. Самый теплый летний месяц — июль характеризуется средней температурой +16,5°С и имеет значение абсолютного зафиксированного максимума +34°С. В 2013 году среднемесячная температура июля составила +21°С. Средняя влажность составляет 73 %. Количество осадков составляет 400-620 мм ежегодно. Солнечное сияние в год проявляет себя в среднем 1600-1900 часов.
В целом лето 2013 года можно охарактеризовать как жаркое, засушливое. Посевы газонной травы в почвогрунт, сформированный с использованием осадка канализационных очистных сооружений, показали высокую устойчивость к пересыханию в этих условиях (рисунок 4).
Рисунок 4 - Влияние климатических условий и доз осадка канализационных очистных сооружений на прирост газонной травы
1 – контрольная делянка, 2 – 25 % осадка, 3 – 50 % осадка, 4 – 75 % осадка, 5 – 100 % осадка, 6 - продолжительность светового дня, 7 – осадки, 8 - температура
Большая продолжительность светового дня в летний период на широте 60°54’’ способствовала интенсивному росту газонной травы.
Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о высокой удобрительной ценности осадков канализационных очистных сооружений. Их применение существенно повышает урожайность газонных культур, повышает плодородие почв, не оказывает отрицательного влияния на экологическое состояние агроценозов.
Использование уже накопленных и вновь образующихся осадков городских канализационных сооружений в городском благоустройстве позволит решить серьезную экологическую проблему хранения и утилизации осадков сточных вод, связанную с недостатком площадей иловых карт, а также задачу транспортной доставки в город плодородного грунта для отсыпки городских газонов и парков.