Загрязнение окружающей среды химическими препаратами и отходами сельскохозяйственной промышленности

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ  ХИМИЧЕСКИМИ ПРЕПАРАТАМИ И ОТХОДАМИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Влияние на окружающую среду пестицидов, минеральных удобрений, отходов сельскохозяйственного производства, необходимость применения биологических и химических методов очистки навозосодержащих стоков

Возрастающий объем применения пестицидов вызывает большую тревогу за здоровье живых организмов и окружающую среду. За полвека выпуск минеральных удобрений возрос в 47 раз, а ядохимикатов – почти в 12 раз. Пестициды –  химические средства защиты растений и животных от вредителей (инсектициды), сорняков (гербициды) и болезней растений (фунгициды), а также стимуляторы роста растений.

Примером контактного инсектицида является выпускавшийся в течение многих лет ДДТ (запрещен в 1968 г.), который оказался крайне устойчивым к разложению в природных условиях (более 40 лет он циркулирует в объектах окружающей среды). За 40 лет применения ДДТ появились популяции полностью устойчивых к нему насекомых.

Ежегодно список запрещенных препаратов пополняется новыми, считавшимися ранее «безобидными», пестицидами. А ядохимикатов в мире уже более700 наименований (в России разрешено использовать около 400). И хранятся они часто при нарушении мер безопасности.

Использование все возрастающего количества пестицидов приводит к снижению видового разнообразия агробиоценозов, нарушению экологического равновесия в агроэкосистемах, усилению конкуренции вредных видов флоры и фауны за пищевой субстрат, к резкому снижению численности их естественных врагов.

В настоящее время необходимо инициировать работу по поиску или получению методами генной инженерии высокоэффективных штаммов бактерий, способных инактивировать пестицидные  препараты разных химических классов до безопасных для человека и животных организмов.

Бесконтрольное внесение в почву минеральных удобрений может привести к накоплению в растениях токсических веществ. При питании зерном, протравленным ртутьсодержащими фунгицидами и выращенным на загрязненных сверх нормы почвах, может возникнуть ароническое отравление ртутью. При накоплении свинца в растительной пище наблюдается его концентрация в костях, печени, почках; свинец переходит в молоко матери, поражая плод. Неразумное использование азотных удобрений, повышенная сухость воздуха и почвы, нарушение синтеза углеводов может привести к опасному накоплению нитратов в растениях.

Не сбалансированное внесение удобрений может явиться   мощным источником загрязнения почв, сельхозпродукции, почвенных вод, естественных водоемов и атмосферы или причиной других негативных последствий:

-длительное внесение удобрений  изменяет свойства почв (увеличение  их кислотности, потеря гумуса);

-внесение больших количеств  азотных удобрений приводит к  загрязнению воды, почв и продукции  нитратами, а атмосферы – оксидами азота;

-низкий коэффициент использования  растениями азота из минеральных  удобрений приводит к сбросу  легкорастворимых азотнокислых  солей в водоемы, накоплению их  в почве и атмосфере, что отрицательно  сказывается на здоровье людей  и животных (усиливаются процессы мутагенеза и канцерогенеза);

-загрязнению воды, почв и продукции, которое происходит и от составляющих  комплексного минерального удобрения, так как растения используют  только часть питательных элементов, содержащихся в этом комплексном  удобрении;

-минеральные удобрения являются  источником загрязнения почв  тяжелыми металлами;

-минеральные и органические  удобрения могут изменять подвижность  тяжелых металлов в почве, обеспечить  их доступность растениям, загрязнение  ландшафтов и гидрографической  сети.

Для снижения угрозы загрязнения почвы при внесении минеральных удобрений необходимо использовать комплекс агротехнических, агролесомелиоративных и гидротехнических приемов в сочетании с интенсификацией природных механизмов очистки.

Крупные животноводческие предприятия постоянно являются источником загрязнения окружающей среды. По загрязнению атмосферы они отнесены к санитарно опасным объектам. Количество навоза, сточных вод и других отходов сельского хозяйства значительно превышают объемы бытовых отходов. Зловоние от них распространяется в радиусе до 6 км, вызывая у человека нарушение физиологических реакций (тошноту, головную боль, учащение пульса, повышение артериального давления, нарушение органов пищеварения, дыхания, зрения, ЦНС). Свиноводческий комплекс на 100 тыс. голов выбрасывает в атмосферу за час: до 1,5 млрд  микроорганизмов, 159 кг аммиака, 14,5 кг сероводорода, 29,9 кг пыли от кормов. Он является источником 3000 т навоза в сутки (более 1 млн т в год). В радиусе порядка 500 м от комплекса на 4500 голов крупного рогатого скота наблюдается загрязнение атмосферы аммиаком до 0,5 мг/м³, микроорганизмами свыше 5700 шт./м³. Стадо в 100 тыс. голов крупного рогатого скота по загрязнению окружающей среды не уступает городу с населением 1 млн человек. Опасность усугубляет наличие и долгое сохранение в активном состоянии в продуктах ферм возбудителей инфекционных заболеваний (палочки сибирской язвы в спорах сохраняются десятки лет, туберкулеза – до полутора лет; возбудители бруцеллеза, рожи свиней и ящура – до полугода), распространяясь по воздуху или воде на сотни километров. Возбудитель сальмонеллеза выживает в фекалиях на пастбищах до трех месяцев зимой и до четырех месяцев летом, в жидком навозе до 10 месяцев, в моче коров почти полгода, а в почвенном иле – до года. Навоз, полученный от больных и переболевших животных, является источником огромной инфекционной опасности, так как сам навоз служит защитной средой для микроорганизмов от воздействия на них неблагоприятных факторов (инсоляция, действие низких или высоких температур, дезинфицирующих средств).

Для обеззараживания навозосодержащих стоков животноводческих комплексов и ферм используется множество различных технологий, основанных на таких основных группах, как прямое использование в качестве органического удобрения; переработка в торфокомпосты; биологические, химические, механические, электрохимические, термические и физические.

Биологические методы очистки и обеззараживания навоза (главным образом бактериями – аэробные и анаэробные, а в зависимости от температуры процесса – мезофильными или термофильными) обеспечивают перевод вредных веществ в нерастворимую или газообразную форму. Условия эффективного применения биологических способов основаны на биохимической деструкции и минерализации органических веществ микроорганизмами. Велика роль кислотности среды в протекании биохимического процесса, которая должна быть в пределах рН 6,5 – 8,5.

Аэробные процессы протекают при подаче в обрабатываемый сток достаточного количества кислорода, необходимого для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. В целом в состав биоценоза активного ила входят разнообразные группы микроорганизмов (мезофильных, термофильных, аэробных и анаэробных). При достаточности кислорода и температуре окружающей среды (20 – 30)º С в биоценозе преобладают мезофильные аэробы, а при (30 - 40)º С – термофильные. В зависимости от условий процесса одна из групп микроорганизмов может преобладать, осуществляя основную обработку. Остальные группы организмов в этом случае являются сопутствующими, они снабжают основную группу микроорганизмов питательными веществами. При аэробном процессе почти не выделяется неприятного запаха, способ размножения микроорганизмов более прост и приспособлен к изменяющемуся составу навозных поступлений. При этом процессе происходит саморазогревание массы (до 70ºС), т.е. ее дезинфекция.

Если в обрабатываемой массе растворенного кислорода недостаточно, то происходит анаэробное брожение, которое может быть метановым или водородным. Процесс сопровождается выделением биогаза, состоящего в основном из метана, водорода и двуокиси углерода.

Кроме органических веществ для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов в навозной жиже должны быть и биогенные элементы (азот, фосфор, калий), которых иногда в стоках бывает недостаточно.

Необходимо знать, что одна биологическая очистка навозных стоков не дает достаточного эффекта. Так, после двух ступеней очистки содержание (мг/л) составляет: азота – 100, фосфора – 40, калия – 80, а кислотность рН 8.5. Это можно объяснить тем, что на биологических очистных сооружений биогенные элементы (азот, фосфор, калий) удаляются не более, чем на 20%. Целесообразно дополнительно использовать химические средства для обеззараживания – формалина, аммиака, ксилола; осаждения – феррохлорида, извести. Применение химических методов очистки и обеззараживания позволяет выделить из стоков до 90% биогенных элементов.

Система утилизации навоза должна соответствовать следующим условиям:

- строительство и ввод в строй  сооружений по хранению и утилизации  навоза должны предшествовать  вводу в эксплуатацию комплексов;

- подготовленный навоз необходимо  вносить в почву до наступления  морозов большими дозами с  периодичностью в 2-3 года;

- заделывать навоз в почву  на площадках, с которых возможен  поверхностный сток в открытые  водоемы;

- не допускать сброса сточных  вод животноводческих комплексов  в водоемы независимо от степени  их очистки.

Особенно опасными являются загрязнения водоемов аварийными сбросами (при наводнениях, с дождевыми или грунтовыми водами) с объектов сельского хозяйства, в которых имеются биогенные вещества (фосфор, азот и т.д.) Это вызывает бурный рост первичной биопродукции в водоемах и снижение качества воды.

Опыт эксплуатации очистных сооружений животноводства в развитых странах показал, что наиболее целесообразным путем использования стоков является их утилизация в качестве удобрения при обеспечении соблюдения требований охраны окружающей среды (расстояние перевозки жидкого навоза не более 8 км, соблюдение норм внесения жидкого навоза, запрет внесения жидкого навоза по мерзлой земле или на затопляемых участках).  Использование жидкого навоза в качестве удобрения является наиболее дешевым способом его утилизации, но это требует наличия огромных площадей. Об удобрительной ценности навоза судят по наличию в нем питательных для растений веществ, что зависит от вида животных, технологии их кормления и содержания, состава кормов.

В некоторых странах Европы, где существует перепроизводство сельскохозяйственной продукции, используют метод «консервации» полей залужением их многолетними травосмесями с организацией на них сенокосно – пастбищных полей. Это увеличивает запасы гумуса, улучшает плодородие почвы, происходит биологическое разрыхление и оструктурирование почвы, биологический перевод азота воздуха в органические азотсодержащие соединения, биологическая борьба с сорняками, вредителями и болезнями.

Присутствующие в жидком навозе сложные безазотистые (клетчатка, лигнин, целлюлоза), азотсодержащие (белки, мочевая кислота, мочевина) и органические вещества распадаются под действием микроорганизмов с образованием газообразных продуктов (аммиак, углекислый газ, газообразный водород, сероводород) и вода. Получающийся аммиак в аэробных условиях под действием нитрифицирующих бактерий окисляется до азотной кислоты. Соли азотной кислоты накапливаются в почве, нитраты могут использоваться при синтезе белков растений. При дефиците кислорода наблюдается  обратный процесс – восстановление газообразного азота из солей азотной кислоты. Наблюдаются также потери фосфора при неправильном хранении навоза, в результате чего микроорганизмы могут превратить фосфаты в газ (фосфористый водород), который улетучивается.

Сельское хозяйство является крупнейшим потребителем пресной воды. Использованная для орошения земель вода возвращается в водоемы с огромным числом взвешенных веществ, различных соединений, пестицидов, вымываемых из почвы. Сброс неочищенных стоков в водоемы приводит к уменьшению в них кислорода (растворенный в воде кислород расходуется на окисление органических и неорганических веществ), что приводит к гибели планктона, бентоса, рыбы и других дышащих кислородом организмов. В результате усиленно развиваются анаэробные микроорганизмы, т.е. нарушается биологическое равновесие, происходит загнивание водоема. Поэтому необходимо обеспечивать выполнение нормативов, характеризующих воду после сброса сточных вод: количество растворенного кислорода не менее 4 мг/ л, биохимическая потребность в кислороде (БПК) не должна превышать 3 (пятидневная) и 6 (двадцатидневная) мг/л, содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,25 мг/л (для водоемов 1-ой категории) и 0,75 мг/л (для водоемов 2-ой категории), минеральный состав – не более 1000 мг/л, рН 6,5 – 8,5. Не допускается наличие ядовитых веществ в концентрациях, оказывающих вредное влияние на животных.

В воде не должно быть возбудителей опасных болезней, что определяется показателем загрязненности сточных вод патогенными бактериями группы кишечной палочки (БГКП), оцениваемая величиной коли -титра (в каком количестве мл воды имеется одна БГКП) или коли – индекса (количество БГКП, находящихся в 1 л воды). Бактериальная обсемененность сточных вод может достичь 132 млн/мл (коли – титр 10-8мл  ), а дренажной воды 78млн/мл (коли – титр 10 -4 мл). Из этого видна степень опасности использования недостаточно очищенных сточных вод для окружающей среды, жизнедеятельности людей и животных.

Среди антропогенных микробных систем широко распространены экосистемы, связанные с процессами очистки сточных вод в первую очередь в аэротенках и метантенках. Аэротенки применяются чаще и могут быть двух типов: вытеснители или смесители. В аэротенке – вытеснителе жидкость подается в его начало и выходит в конце, а в аэротенке – смесителе она подается по всей длине аэротенка и собирается в отводной канал. Содержимое аэротенка постоянно перемешивается подающимся в него воздухом, поступление и удаление сточных вод происходит непрерывно. Время выдержки жидкости в аэротенке составляет от двух до десятков часов.

Чрезмерное внесение азотных удобрений или неправильное их хранение, стоки от животноводческих ферм приводят к загрязнению поверхностных и грунтовых вод нитратами.

Литература

1. Базилинская М.В. Биоудобрения. М., 1989.

2. Базлов В.И. и др. Охрана природы  и инженерная защита окружающей  среды в пищевой промышленности. М., 1996.