Экологически мониторинг в зоне деятельности Чебаркульской птицефабрики

ВКР Защищена в июне 2015 года на "отлично" «Курганском государственном университете»
Секция «Экология и природопользование». ...

Оглавление

Введение 3
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1. Терминологический аппарат исследования 6
1.2. Сельскохозяйственная деятельность человека и ее воздействия на окружающую природную среду. 10
1.3. Влияние отходов промышленного птицеводства на окружающую природную среду 15
1.4 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от птицеводческих предприятий 20
1.5 Загрязнения окружающей природной среды стоками от птицеводческих предприятий и способов очистки сточных вод 21
1.6. Диагностика состояния почвы в зонах (антропогенного) загрязнения отходами сельскохозяйственного производства 24
1.7. Утилизация отходов птицеводческих предприятий 28
Глава 2. Материал и методика исследования. 32
2.1 Объект исследования. 32
2.2 Методы исследования 34
2.3 Способы утилизаций помета 41
Глава 3. Результаты собственных исследования 45
3.1 Изучения химических показателей атмосферного воздуха в зоне влияния птицефабрики 45
3.2. Изучение химических показателей выпуска дренажных сточных вод 49
3.3. Изучения агрохимических показателей почвы в зоне деятельности птицефабрики 54
Заключение 58
Список литературы 61

Введение

Изменение биосферы происходит одновременно по многим направлениям. «Человек настоящего времени представляет собой геологическую силу, и сила эта сильна именно тем, что она возрастает, и предела ее возрастания нам не видно», - отмечал в конце XIX - начале XX в. В.И. Вернадский. Взаимодействие общества с окружающей природной средой вызвало множество негативных последствий, которые диктуют необходимость последовательного формирования рационального природопользования. Только при этом условии может быть достигнут разумный баланс во взаимодействии человека и природы (Лемешев М.Я., 1989; Куценко A.M., Писаренко В.Н., 1991; Николайкин Н.И., 2005).
К началу третьего тысячелетия изменения природной среды, вызванные антропогенными факторами, стали заметны уже не только экологам. С развитием техногенной цивилизации различные антропогенные факторы (ионизирующие излучения, токсичные вещества и т.д.) оказывают влияние практически на все живые организмы, причем, чаще всего это влияние является отрицательным ( Смирнов П.Н., 2001; Николайкин Н.И., 2005; Степановских A.C., 2005; Воробьев А.Е. и др., 2006) [22].
В работах этих авторов отмечается, что необходимость получения объективной информации о состояний окружающей природной среды и характере антропогенного воздействия требует создания системы наблюдений и контроля над состоянием биосферы - осуществления многоступенчатого и комплексного мониторинга.
Однако сложившееся состояние дел на многих птицефабриках таково, что ни они как потенциальные поставщики ценного органического сырья, ни его потребители не получают и десятой доли возможного экономического эффекта. Анализ показывает, что в нашей стране ежегодно безвозвратно теряется 19 млн. т ценнейшего органического удобрения, а в растениеводстве недополучают продукции за счет повышения плодородия почв [40].
Большинство предприятий в различных регионах России по некоторым причинам не располагают новыми технологиями, применение которых позволяло бы эффективно утилизировать куриный помет, органические отходы, используя с выгодой, так как куриный помет наиболее ценный из всех видов органических удобрений по содержанию питательных элементов.
Одна из главных причин дестабилизации экологической обстановки вокруг птицеводческих хозяйств - это широкое использование ресурсозатратных и экологически нерациональных процессов производства продукции и технологической подготовки, переработки и утилизации отходов птицеводства (помет, сточные воды и выбросы загрязняющих веществ в атмосферу). Несмотря на постоянное совершенствование технологических средств технологий подготовки помета, сточных вод и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу проблема надежной экологической защиты объектов природы (вода, воздух, почва) остается как никогда актуальной, требует своего разрешения. [39]. Поиск и разработка безотходных и природоохранных технологических решений биоконверсии помета и сточных вод, обеспечивающих извлечение из них ценных питательных веществ, а также позволяющих сократить сброс сточных вод в окружающую среду, - это актуальные направления развития современной науки, имеющие важнейшее хозяйственное и социальное значение. [46].
Изучению влияния отходов животноводства на состояние окружающей природной среды посвящены работы многих отечественных и зарубежных авторов [62]. Однако сравнительно мало работ по экологическому мониторингу состояния окружающей природной среды в зонах влияния промышленного птицеводства и вопросам эффективности применения ЭМ-технологий в сельскохозяйственном производстве.[21]
Сейчас во всем мире происходит переход от интенсивных технологических способов ведения сельскохозяйственного производства к органическим или, как их еще называют, биологическим способам (Голубов A.B., 2004). Таким образом, с одной стороны - промышленные птицеводческие комплексы, являясь предприятиями первого класса опасности, загрязняют почву, воздух и водные ресурсы, а с другой стороны, ЭМ-технологий, позволяющие решить проблемы экологии окружающей природной среды естественным биологическим способом, не используются в зонах деятельности птицеводческих предприятий.
Одной из причин подобного противоречивого состояния является отсутствие научных исследований, промышленного птицеводства; действие переработанных отходов на состояние окружающей природной среды. Данная проблема определила тему нашего исследования: «Экологический мониторинг в зоне деятельности птицеводческих предприятий».
Цель исследования - выявление показателей экологического мониторинга за состоянием окружающей природной среды в зоне деятельности «Чебаркульской птицефабрики »
Цель исследования обусловила необходимость решения ряда взаимосвязанных следующих задач:
1. Изучить влияние деятельности птицеводческих предприятий на состояние окружающей природной среды.
2. Определить особенности и уровень воздействия выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в зоне деятельности ОАО «Чебаркульская птицефабрика».
3. Выявить эффективность очистки сточных вод на птицефабрике.
4. Проанализировать влияние птичьего помета на почвенный покров.

Теоретическая значимость исследования заключается в уточнении и расширении научных представлений об экологическом мониторинге на птицеводческой птицефабрике.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов в учебном процессе по прикладной экологии.

Так, с возрастанием глубины (до 5—6 м) количество кислорода снижается до 14 %, а содержание диоксида углерода увеличивается до 8 %. Эпидемиологическое значение почвыПо своему химическому составу почва состоит из комплекса минеральных и органических веществ, постоянно подвергающихся изменению в ходе единого почвообразовательного процесса. Минеральная часть чаще всего состоит из совокупности кремнезема, глинозема, извести и магнезии, представляющих собой измельченные компоненты горных пород. В минеральную часть входят все элементы Периодической системы Д. И. Менделеева. В состав органической части (гумуса) входят продукты разложения растительного и животного происхождения, макро- и микроорганизмы.Все химические элементы в зависимости от их процентного содержания в организме человека по предложению известного ученого-почвоведа В. И. Вернадского принято делить на три группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. Макроэлементы встречаются в организме в количестве 10°—Ю-2 %• микроэлементы, содержащиеся в организме в пределах от 10 до 10 5 %; ультрамикроэлементы, встречающиеся в количестве <10 5%. [16]К макроэлементам, составляющим 99 % массы организма, относятся: 02, Н2, С, N. Са, 8, Р, К, М§, А1, Ре, С1 и др.Наибольший интерес из химических элементов представляют микроэлементы. Входя в состав многих химических комплексов организма, витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, микроэлементы обусловливают их высокую биологическую активность. Микроэлементы оказывают влияние на рост и развитие растений, на состояние и функции организма человека и животных. Они играют важную роль в различных обменных процессах организма: выполняют пластическую функцию, участвуют в построении костной ткани, регуляции водно-солевого и кислотно-основного равновесия.Проблема содержания микроэлементов в почве в настоящее время приобретает все более актуальное значение, поскольку увеличилось техногенное ее загрязнение за счет отходов промышленных предприятий, транспорта, а также используемых в сельском хозяйстве минеральных удобрений и пестицидов.Одним из важных показателей степени загрязненности почвы является санитарное число, представляющее собой отношение азота гумуса к общему органическому азоту почвы. В процессе самоочищения почвы любого типа количество азота гумуса увеличивается и, следовательно, санитарное число возрастает, приближаясь к единице. О степени загрязнения почвы можно судить по колититру, титру анаэробов, наличию яиц гельминтов, числу личинок и куколок синантропных мух.1.7. Утилизация отходов птицеводческих предприятийСовременный уровень развития птицеводческой отрасли и состояние ее сырьевой базы требуют принципиально нового подхода к решению проблемы использования внутренних ресурсов. Сущность этого подхода состоит в создании и внедрении малоотходных и безотходных технологий, позволяющих максимально и комплексно включать в хозяйственный оборот буквально все сырьевые ресурсы, которые постоянно образуются и накапливаются в птицеводческих хозяйствах при производстве основной продукции – яиц и мяса птицы. Применение такого подхода обусловлено необходимостью надежного исключения экономического и экологического ущерба, наносимый окружающей природной среде в результате накапливания отходов, и создания условий для получения дополнительного дохода от реализации новой побочной продукции, полученной от переработанных отходов.По многим причинам в разряд опасного отхода птицеводческих хозяйств включен птичий помет. Ежедневное поступление больших количеств пометной массы является наиболее значимым экологическим фактором воздействия на окружающую среду. Несанкционированные зоны хранения помета являются существенным источником не только загрязнения рельефа почв, водоемов и подземных вод, но и причиной возникновения и распространения резкого неприятного запаха, ускоренного роста и развития яиц и личинок гельминтов и мух, множества других микроорганизмов, в которых могут быть возбудители опасных заболеваний.Как показали результаты обследования многих птицефабрик в различных регионах России, одной из главных причин возникновения экологической опасности от накапливания помета является низкое качество выполнения технологических операций по удалению помета из птицеводческих помещений, а также его неправильного хранения, транспортирования и самое главное использования в качестве органического компонента при производстве удобрений.При длительном хранении помёта на грунтовых площадках происходит загрязнение почвы, грунтовых и поверхностных вод. В поверхностном слое почвы таких площадей по высоте 0,4 м содержится до 4950 кг/га минерального азота, в том числе 2500 кг/га нитратного, что в 17 раз выше по сравнению с незагрязнённой почвой.В грунтовых водах на площадках хранения птичьего помета, где накапливаются атмосферные осадки, содержание (мл/л) нитратного азота превышает содержание его в дренажных водах с поля в 2 раза, аммиачного азота — в 8 раз, фосфора — в 11 раза, калия — в 10 раз. Эрозия почв, смыв удобрений и органических отходов приводят к сильнейшему загрязнению рек и озер.Неудовлетворительное хранение и неудовлетворительное использование помета не только наносит существенный вред окружающей среде, приводя прилегающие к птицефабрикам территории в неудовлетворительное экологическое состояние, но и приводит к потерям огромного количества необходимого для сельскохозяйственных угодий качественного органического удобрения.Бесконечные констатации экологических нарушений законодательства по охране окружающей среды и предъявляемых штрафных санкций к птицефабрикам не создают условий для эффективного решения проблемы утилизации птичьего помета. Под словом утилизация понимается не уничтожение его как отхода, а употребление с пользой.Во ВНИТИП поступают многочисленные предложения с различными экономическими обоснованиями переработки птичьего помета в биогаз, электрическую энергию, топливные брикеты, кормовые добавки, выращивание калифорнийских червей, сжигание, производство удобрений и др. Из всех многочисленных предложений для крупных и средних птицефабрик России может быть принято только один способ – производство органических удобрений на пометной основе.Учитывая специфику производственного процесса функционирования птицеводческих хозяйств: направление продукции (получение яиц или мяса), вид птицы, (яичные куры, цыплята-бройлеры), способ содержания (напольное, клеточное), климатическая зона (север, юг), - производство органических удобрений может быть организовано по четырем технологиям, каждая из которых комплектуется соответствующими агрегатами, машинами и др. технологическим оборудованием. Перечислим основные способы производства удобрений на пометной основе:Пассивное компостирование. Это самый простейший способ, который включает получение органических смесей (птичий помет + птичий помет с подстилкой, птичий помет + торф, птичий помет + древесные опилки, птичий помет + другие местные органические отходы). Органическая смесь формируется в штабели высотой не более 2,5 метров. Через 6- 8 месяцев хранения на полевых площадках происходит созревание этой смеси, так как в ней создаются благоприятные условия для роста и развития мезофильных и термофильных микроорганизмов, в результате чего и образуется компост, который пригоден для использования в земледелии.Интенсивное компостирование. Этот способ применяют, когда готовое органическое удобрение планируется реализовать через розничную торговлю. По этому способу органическую смесь загружают в специальные ферментеры, в которых процесс созревания происходит за 6-7 суток, так как в них нагнетается в нижнюю часть воздух, который резко интенсифицирует рост и развитие мезофильных и термофильных микроорганизмов.Термическая сушка помета в специальных установках. Этот способ может быть применен для птицефабрик, в которых птица содержится в клеточных батареях, птицефабрики расположены в курортных зонах или районах Крайнего Севера, в крупных населенных пунктах, отсутствуют источники постоянного поступления органических компонентов: торфа, опилок и др.Вакуумная сушка помета. Этот способ является новым для птицефабрик. Он может быть использован для ликвидации многолетних накоплений пометных стоков, при производстве сухого помета, поступающего из клеточных батарей. Разумеется затраты на получение сухого помета будут тем меньше, чем ниже влажность пометной массы.По каждому из представленных способов во ВНИТИП имеются научные и практические наработки, которые подготовлены при тесном сотрудничестве с такими головными научно-исследовательскими институтами как ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, ВНИИ ветеринарной санитарии, гигиены и экологии; компаниями, накопившим большой опыт по переработке птичьего помета в удобрение: (ООО « Эко-Агти», «Развитие Эко», ООО «Биокомпост», ООО «Спецпромтех», НПЦ «БиоЭкоСан», ОАО «НИИОГАЗ», Институт конъюнктура аграрного рынка, и др.[18; 19].Глава 2. Материал и методика исследования.2.1 Объект исследования.Общество с ограниченной ответственностью «Чебаркульская птицефабрика» – это современный многопрофильный птицеводческий комплекс с полным циклом производства как яичной, так и бройлерной продукции. Птицефабрика расположена по адресу: Челябинская область, Чебаркульский район, пос. Тимирязевский, ул. Мичурина, 3Рис.1. Географическое положение Чебаркульской птицефабрикиЭто надежный партнер и узнаваемая марка. Это компания, чьи товары уважают и любят. Спрос на них всегда будет расти, ведь яйцо и мясопродукты – одни из самых востребованных продуктов на столе каждой российской семьи. Настоящий русский обед с ароматными и аппетитными крылышками, бедрышками, куриными грудками от «Чебаркульской птицы» способен собрать за большим столом всю дружную и счастливую семью, придать домашнему очагу уют и гармонию, подарить душевное спокойствие и равновесие. Опытные хозяйки выбирают сочное и всегда свежее мясо и яйца нашей птицефабрики. В свою очередь «Чебаркульская птица» уважает и любит своих клиентов. Именно поэтому мы постоянно вкладываем средства в развитие наших предприятий и модернизацию производства. Ежемесячно на основных площадках предприятия производится более 29 миллионов штук яиц; более 3 тысяч тонн мяса птицы; более 850 тонн копчено-вареных изделий. Мы заботимся о том, чтобы наши покупатели всегда были обеспечены свежим товаром.Кроме того, расположение в курортном районе Ильменского заповедника, чья площадь на 85% занята лесами, позволяет изолировать предприятие от вредного воздействия города. Этот экологически чистый уголок и климатическая зона Челябинской области положительно сказываются на росте птицы и качестве мяса. Так мы заботимся о здоровье наших покупателей.ООО «Чебаркульская птица» – это еще и мощный развивающийся агрохолдинг. За последние 5 лет на территории Чебаркульского района построены и сданы в эксплуатацию: комплекс выращивания кур мясных пород, убойно-перерабатывающий комплекс, мощный комбикормовый завод. Прошла комплексная реконструкция на яичной площадке, была создана инфраструктура очистки промышленных стоков – несколько ступеней биочистки воды, используемой в целях производства.Ассортимент продукции, который составляет более 200 наименований, постоянно пополняется. Колбасы вареные и полукопченые, рулеты и ветчина, сосиски, сардельки, шпикачки и паштеты, рубленные полуфабрикаты, шашлык и копчено-вареная продукция – в Чебаркульской птице можно найти товары на любой вкус и бюджет.ООО «Чебаркульская птица» – это бренд, чье имя ассоциируется с неизменно высоким качеством выпускаемой продукции, что мы регулярно подтверждаем.По итогам деятельности в 2013 году, «Чебаркульская птица» признана «Лучшей птицефабрикой Челябинской области».В 2014 яйцо «Домашнее» получило общественное признание и Законодательным собранием Челябинской области отмечено «Знаком качества».Мы стабильны, профессиональны и надежны, мы заинтересованы в развитии наших предприятий, поэтому с нами постоянно сотрудничают крупные торговые сети, малый и средний бизнес.2.2 Методы исследованияПтицефабрики являются значительным источником загрязнений окружающей среды. Эта проблема очень остро стоит в Челябинской области, где имеется 9 птицефабрик. Поэтому в первую очередь было обращено внимание на переработку отходов птицефабрик. Проблема утилизации отходов птицефабрик актуальна и потому, что для хранения их занято большое количество пахотных земель, а пометохранилища являются источником неприятных запахов, распространяющихся на большие расстояния. Птицефабрики вынуждены платить большие штрафы за нарушение экологии. Работы проводились на открытой площадке пометохранилища с 19.06 по 20.07 2014 г. Исходным сырьем для получения удобрений являлись: Свежий куриный помет (характеристики указаны в табл. 1); Отходы мукомольного комбината;Торф из местного близлежащего месторождения; Солома;Биопрепараты, содержащие штаммы активных почвенных сапрофитных микроорганизмов, ("Тамир" и "Кюссей"). При проведении эксперимента использовались погрузчик ПЭЛ - 1,0, установка ДУК, тракторная тележка. Одновременно решалась проблема мукомольного комбината, у которого большое количество отходов 4-й категории. Эти отходы выбрасываются на свалку, за что платят штрафы. На договорной основе к работе привлекались Госсанэпиднадзор, Государственный Центр Агрохимической службы "Челябинская", Биологическая лаборатория МНИИЭКО ТЭК. Работы консультировали А.Е.Пискунов, д.с.-х.н., профессор, зав. кафедрой Челябинской сельскохозяйственной академии; Р.А. Пшеничных, д.м.н., профессор, директор Института охраны окружающей среды; И.В. Китаева, к.б.н., зав. отделом биотехнологий МНИИЭКО ТЭК. За время, прошедшее между двумя обследованиями, произошло резкое увеличение содержания подвижных фосфатов в почве. Значения данного показателя стали аномально высокими не только для данного типа почв, но и для любых почв вообще. Максимальное содержание, отмеченное на участке № 10, составило 2 954 мг/кг почвы, что более чем в 10 раз превышает содержание фосфора на этом же участке в 1988 г. В среднем же уровень содержания данного элемента питания за 6 лет вырос в 6,3 раза. Очень высокой обеспеченностью фосфором характеризовалось уже более 90 % рассматриваемых почв (рис. 2), при этом площадь участков, на которых значение данного показателя превышало 1000 мг/кг, составила 91 га, а 2 000 мг/кг - 156 га или 20 и 35 % соответственно от общей площади дерново-подзолистых супесчаных почв хозяйства. Такое существенное увеличение содержания подвижных фосфатов в почве обусловлено регулярным внесением повышенных доз птичьего помета, насыщенность которым в рассматриваемый период времени составляла более 20 т/га. Значительное поступление фосфора с органическими удобрениями, относительно высокая сорбционная способность почв в отношении данного элемента способствовали интенсивной аккумуляции его в пахотном слое.Кроме возрастания абсолютных значений содержания подвижных форм фосфора, в почве существенно увеличился интервал между минимальным и максимальными его значениями, то есть диапазон вариации показателя. При этом коэффициент варьирования вырос практически в 3 раза. Данный факт может быть обусловлен тем, что содержание фосфора в почве связано с интенсивностью антропогенной нагрузки, то есть, прежде всего, с количеством утилизированного на этой площади помета. Поскольку в силу организационно-хозяйственных причин, как правило, наибольшее количество отходов вывозится на поля, территориально сближенные с пометохранилищем, уровень нагрузки на почвы будет существенно различаться в зависимости от места расположения поля. В связи с этим, очевидно, что по мере увеличения длительности и времени такого рода воздействия на почвы диапазон варьирования показателей будет увеличиваться.Содержание подвижного калия в исследуемой почве также возросло, однако в значительно меньшей степени. В среднем за прошедшее время значение данного показателя увеличилось в 1,4 раза. Максимальный же его уровень в 2,3 раза превышает наибольшее значение 1988 года. Содержание этого элемента питания в почвах ряда участков также достигает очень высоких значений для данного типа почв.Площадь почв, характеризующихся очень высокой степенью обеспеченности калием, за рассматриваемый промежуток времени увеличилась с 12 до 44 % (рис. 3).Наблюдающийся дисбаланс между содержанием фосфора и калия, отмеченный в 1988 г., усугубился. Так, отношение Р2О5 к К2О в 2014 г. в среднем составляло 1 : 0,68, в 1994 - уже 1 : 0,15, а на отдельных участках достигло 1 : 0,04.Следовательно, описанные выше специфические особенности питательных свойств дерново-подзолистых почв, находящихся в зоне влияния крупного птицеводческого комплекса, по мере увеличения времени антропогенного воздействия проявляются более ярко.Накопление в почве биогенных элементов также продолжалось. Максимальное содержание подвижных фосфатов составило уже 3450 мг/кг. Все рассматриваемые почвы к 2015 г. перешли в разряд очень высоко обеспеченных по данному элементу питания. Содержание подвижного калия также несколько возросло. Однако данное увеличение было гораздо менее значительным, чем по содержанию подвижного фосфора. В результате соотношение между условно доступными формами фосфора и калия стало еще более далеким от оптимального. Содержание гумуса за 10 лет выросло в среднем на 0,3 %. В 2009 г. на отдельных участках значение данного показателя превышает 3 %, в то время как в 2011 г. его максимальное значение - 2,3 %. Процесс некоторого увеличения содержания гумуса в почве, очевидно, напрямую связан с внесением птичьего помета. Систематическое применение органических удобрений является общепризнанным средством улучшения гумусового состояния почв в различных почвенноклиматических зонах [40; 71;] . Анализ обеспеченности почв азотом по содержанию гумуса показал, что 38 % площади характеризуется средней, а 36 % - повышенной обеспеченностью данным элементом питания. Из представленной выше динамики агрохимических показателей следует, что почва претерпела существенные изменения, причем предположительно данные изменения являются следствием одной и той же причины - внесения повышенных доз птичьего помета. Доказательством этому может служить высокая степень сопряженности варьирования двух признаков, что в определенной мере свидетельствует о верности допущения относительно единой причины, вызвавшей эти изменения. Степень сопряженности варьирования свойств позволяет оценить корреляционный анализ.Результаты корреляционного анализа представлены в виде квадратных матриц (табл.1).Таблица 1 Результаты корреляционного анализаПоказателирНксіНг, мг-экв/ 100 гГумус,%Содержание Р2О5, мг/кгСодержание К2О, мг/кгА12345рНксі1,00- 0,440,150,140,69*Нг, мг-экв/ 100 г почвы- 0,441,000,30- 0,29- 0,11Гумус, %0,150,301,00- 0,120,28Содержание Р2О5, мг/кг0,14- 0,29- 0,121,000,39Содержание К2О, мг/кг0,69*- 0,110,280,391,00* - здесь и далее: достоверный коэффициент корреляции при уровне значимости 0,05Таким образом, показатели, влияние утилизации органических отходов на которые проявляется максимально, действительно на определенном временном отрезке изменяются сопряжено друг с другом. Однако ожидать этого в течение длительного периода нецелесообразно, так как по мере насыщения почвы тем или иным соединением изменяется соотношение между статьями его баланса.Например, по мере насыщения почвы фосфором, как правило, увеличиваются потери его из пахотного слоя. При этом, чем ближе точка полного насыщения, тем менее интенсивно идет накопление элемента в почве и тем больше потери. Это подтверждается снизившимися темпами накопления фосфатов в почвах хозяйства в период с 2014 по 2015 г.г. по сравнению с предыдущим временным интервалом при сохранившемся объеме вносимых фосфорсодержащих материалов. При этом скорости насыщения почвы элементами различны и зависят от характеристик самих элементов и свойств почвы.