Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗЪЯТИЯ СОЛЕЙ АЗОТА И ФОСФОРА ВЫСШИМИ ВОДНЫМИ РАСТЕНИЯМИ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Раимбеков К.Т. 1
1 Ошский гуманитарно-педагогический институт имени А.С. Мырсабекова
Эффективным методом фиторемедиации сточных вод животноводческих комплексов считается применение высших водных растений. На современном этапе развития науки недостаточно научных данных о применении высших водных растений в практике фиторемедиации загрязненных вод, об особенностях очистки солей азота и фосфора в зависимости от плотности биомассы и суточного расхода загрязненных вод. Недостаточно информации о применении Eichhornia crassipes, Azolla caroliniana для очистки загрязненных вод животноводческих комплексов в условиях южного Кыргызстана. Работа посвящена разработке методов очистки и технологии решений по снижению содержания биогенных элементов в процессе биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов высшими водными растениями. В статье представлен также общий анализ по изучению процессов изъятия солей азота и фосфора при различной плотности биомассы Eichhornia crassipes, Azolla caroliniana. В результате лабораторных исследований было выявлено, что увеличение плотности биомассы Eichhornia crassipes с 1000 до 2000 г/м2 приводит к снижению эффективности изъятия биогенных элементов из сточных вод. Оптимальная интенсивность изъятия азота аммонийного наблюдается при плотности биомассы 800 г/м . Доказано, что при плотности биомассы 500 г/м2 эффективно удаляется азот нитратов, азот нитритов и фосфаты. В ходе исследования было установлено, что Eichhornia crassipes снижение расхода с 47 до 6 м3/сут. на 1 м3 сооружений приводит к снижению интенсивности изъятия биогенных элементов из сточных вод. Для Azolla caroliniana оптимальная интенсивность изъятия азота аммонийного и фосфатов зафиксирована при расходе стоков 47 м3/сут. Азот нитратов и нитритов эффективно удаляется при расходе стоков 8 м3/сут.
биомасса
высшее водное растение
биогенные элементы
плотность
сточная вода
расход стоков
1. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды. М.: Природа, 2010. 610 с.
2. Чачина С.Б., Таранникова О.А. Использование биотехнологических методов доочистки нефтесодержащих сточных вод промышленных предприятий // Международнй журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 8–3. С. 23–27.
3. Раимбеков К.Т. Определение предельно возможных нагрузок веществ, загрязняющих биосистему с высшими водными растениями // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 5. С. 45–51.
4. Токоев А.А. Биологическая очистка сточных вод городского очистительного сооружения г. Ош с использованием Eichhornia crassipes Solms.: автореф. дис. … канд. биол. наук. Ош, 2014. 22 с.
5. Раимбеков К.Т. Биологические особенности Eichhornia crassipes Solms. в условиях юга Кыргызстана // Universum: химия, биология. 2017. № 1 (31). С. 12–16.
6. Адлер Ю.П., Маркова Е.Д. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Нука, 1976. 279 с.
7. Бояршинов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1969. 574 с.

В настоящее время качественный состав сточных вод животноводческих комплексов претерпевает изменения из-за повышения доли трудноокисляемых фосфорсодержащих, азотосодержащих и органических ве- ществ. Большинство биологических очистных сооружений, введенных в действие более 30-40 лет назад по природоохранным нормам той эпохи, не отвечают современным требованиям по ограничению сброса загрязняющих веществ, в том числе биогенных элементов (солей азота и фосфора) [1, 2].

Эвтрофирование водных объектов и гибель водной фауны и флоры обусловлено поступлением в концентрациях, превышающих предельно допустимые нормы, биогенных элементов. В настоящее время данных о применении в технологии биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов высших водных растений; о возможностях высших водных растений извлекать соли фосфора и азота с учетом технологических параметров. Другой проблемой является недостаточность сведений о применении высших водных растений на Юге Кыргызстана, который имеет свои климатические особенности и параметры, по которым подбираются высшие водные растения [3–5].

Эти доводы позволили определить актуальность и необходимость разработки методов и технологий по снижению содержания биогенных элементов в процессе биологической очистки сточных вод животноводческого комплекса.

Цель исследования: экспериментально обосновать и дать оценку биологического очищения сточных вод животноводческих комплексов для уменьшения количества солей фосфора и азота при помощи Eichhornia crassipes, Azolla caroliniana.

Материалы и методы исследования

По «Методике выполнения измерений массовой концентрации ионов аммония в очищенных сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера ПНДФ 14.1-95» было установлено количество азота аммонийного. По «Методике выполнения измерений массовой концентрации нитрат-ионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с салициловой кислотой ПНДФ 14.1:2.4-95» было установлено количество азота нитратного. По «Методике выполнения измерений массовой концентрации нитрит-ионов в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса ПНДФ 14.1:2.3-95» было установлено количество азота нитратного. По «Методике выполнения измерений массовой концентрации фосфат-ионов в пробах природных и очищенных сточных вод фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой ПНДФ 14.1:2.112-97» было установлено количество фосфатов [6, 7].

Массовая концентрация определяемых объектов проводилась в нормальных условиях лабораторных исследований: Температура окружающего воздуха 21 ± 4 °С, атмосферное давление 85-105 кПа, относительная влажность 81 ± 4 %, Частота переменного тока 50 ± 2 Гц, напряжение в сети 220 ± 9 В.

Результаты исследования и их обсуждение

В Ошском гуманитарно-педагогическом институте проводились исследования, которые подтвердили эффективность применения представителей плавающих высших водных растений Eichhornia crassipes и Azolla caroliniana для уменьшения количества в них солей фосфора и азота в ходе биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов.

С целью изучения извлечения биогенных элементов из очищенных сточных вод были проведены исследования зависимости от расхода сточных вод и плотности биомассы растений интенсивности поглощения солей фосфора и азота. В ходе эксперимента расход стоков был от 6 до 47 м3/сут, а плотность биомассы Azolla caroliniana составляла 500, 800 и 1000 г/м2. Научные эксперименты проводились в весенне-летний сезон, в помещении лаборатории института. На рис. 1 приведены результаты научных экспериментов по изучению особенности извлечения солей фосфора и азота с использованием Azolla caroliniana, когда плотность биомассы составляет 500 г/м2.

raimb1.wmf

Рис. 1. Интенсивность изъятия солей фосфора и азота с использованием Azolla caroliniana (плотность сырой биомассы 500 г/м2)

Как показали наши опыты, при расходе стоков 8 м3/сут фиксируется интенсивность извлечения азота аммонийного. Установление расхода стоков 47 м3/сут дает наивысшую интенсивность извлечения фосфатов, азота нитритов и азота нитратов.

На рис. 2 показаны результаты процессов извлечения солей фосфора и азота с Azolla caroliniana при плотности сырой биомассы 800 г/м2.

raimb2.wmf

Рис. 2. Интенсивность извлечения солей фосфора и азота с использованием Azolla caroliniana (плотность биомассы 800 г/м2)

Доказано, при расходе 47 м3/сут происходит оптимальное изъятие азота аммонийного, быстрота извлечения составляет 0,685 г/сут. Наивысшая быстрота извлечения азота нитритов (1,85 г/сут), азота нитратов (0,796 г/сут) зафиксирована, когда расход стоков составляет 12 м3/сут. При расходе стоков 47 и 24 м3/сут происходит максимальная быстрота извлечения фосфатов (0,453 г/сут).

Исследованы процессы извлечения солей фосфора и азота при плотности сырой биомассы Azolla caroliniana 1000 г/м2 (рис. 3).

raimb3.wmf

Рис. 3. Интенсивность извлечения солей фосфора и азота при использовании Azolla caroliniana (плотность биомассы 1000 г/м2)

При расходе стоков 47 м3/сутки происходит максимальная быстрота извлечения фосфатов (0,657 г/сут) и азота аммонийного (0,438 г/сут). При расходе стоков 8 м3/сут происходить максимальная извлечения азота нитритов (0,81 г/сут) и нитратов (0,727 г/сут).

Нами было проведено несколько лабораторных экспериментов по исследованию процессов извлечения солей фосфора и азота при помощи представителя плавающих высших водных растений Eichhornia crassipes с плотностью биомассы 1000, 1500 и 2000 г/м2. Температура воды и воздуха были оптимальными, поэтому эксперименты проходили в оптимальных лабораторных условиях. Проведенные лабораторные опыты показал и положительную динамику поглощении Eichhornia crassipes всех форм фосфатов и азота.

На рис. 4 показаны данные лабораторных исследований по изучению процессов изъятия солей фосфора и азота с плотностью биомассы 1000 г/м2.

raimb4.wmf

Рис. 4. Результаты исследований интенсивности изъятия солей фосфора и азота Eichhornia crassipes с плотностью биомассы 1000 г/м2

Как показали наши опыты, оптимальная интенсивность изъятия азота аммонийного наблюдалась при установлении расхода стоков 47 м3/сут. При этом суточный эффективность составляет 0,438 г/сут. При установлении расхода стоков 24 м3/сут отмечены эффективная интенсивность изъятия азота нитратов (14,91 г/сут) и нитритов (16,342 г/сут). Эффективная скорость изъятия фосфатов наблюдалась при установлении расхода стоков 47 м3/сут. При этом интенсивность изъятия составляет 2,12 г/сут.

Поставленный нами эксперимент по изучению эффективности изъятия солей фосфора и азота с плотностью биомассы Eichhornia crassipes 1500 г/м2 показал, что очищение сточных вод привело к значительному снижению содержания в воде ингредиентов (рис. 5).

Как видно из рис. 5, наиболее эффективно Eichhornia crassipes очищает воды от азота аммонийного при установлении расхода стоков 47 м3/сут, их содержание уменьшается до 2,139 г/сут. На основании визуальных наблюдений было видно, что растение успешно адаптировалось к данным условиям, так как оно хорошо росло и размножалось.

Установление расхода стоков 24 м3/сут показало, что эффективность очистки от азота нитритов и нитратов значительно повышается при установлении расхода стоков 8 м3/сут. Эффективность извлечения составляет 2,271 и 2,825 г/сут. Установление расхода стоков 8 м3/сут обеспечивает оптимальную интенсивность изъятия фосфатов (1,464 г/сут).

Результаты экспериментов по изучению процессов извлечения солей фосфора и азота с плотностью биомассы Eichhornia crassipes 2000 г/м2 приведены в таблице.

Вышеотмеченные данные показывают, что наивысшая эффективность удаления азота нитритов и азота аммонийного растениями Eichhornia crassipes достигнута после адаптации при расходе стоков 47 м3/сут. Эффективность очистки 1,191 и 2,411 г/сут. Установление расхода стоков 24 м3/сут обеспечивает эффективное изъятия азота нитратов (2,435 г/сут). Установление расхода стоков 6 м3/сут дает возможность эффективно очищать фосфаты (1,217 г/сут).

raimb5.wmf

Рис. 5. Интенсивность извлечения солей фосфора и азота Eichhornia crassipes с плотностью биомассы 1500 г/м2

Интенсивность извлечения солей фосфора и азота Eichhornia crassipes с плотностью биомассы 2000 г/м2

Расход стоков,

м3/сут

Показатели, г/сут

Азот аммонийный

Азот нитратов

Азот нитритов

Фосфаты

47

1,191

2,311

2,411

1,131

24

1,185

2,435

2,311

1,131

16

1,171

2,111

2,171

1,135

12

1,178

1,861

1,928

1,151

8

1,165

1,611

1,665

1,151

6

1,155

1,485

1,531

1,217

Приведенные выше результаты обусловлены увеличением плотности биомассы из-за изменения освещенности (абиотических факторов), что привело к снижению эффективности изъятия биогенных элементов и нарушило процессы фотосинтеза.

Выводы

1. При повышении плотности биомассы Eichhornia crassipes с 1000 до 2000 г/м2 уменьшается количество извлеченных из сточных вод биогенных элементов: с 4,156 г/сут до 1,191 г/сут – азота нитратов, с 16,362 г/сут до 2,411 г/сут – азота аммонийного, с 14,91 г/сут до 2,435 г/сут – азота нитритов, с 2,12 до 1,217 г/сут – фосфатов.

2. Наивысшая эффективность извлечения азота аммонийного (0,685 г/сут) при культивировании Azolla caroliniana наблюдается, когда плотности биомассы 800 г/м2. Эффективность удаления азот нитратов (7,859 г/сут), азот нитритов (8,052 г/сут) и фосфатов (0,727 г/сут) обеспечивается плотностью биомассы 500 г/м2.

3. К понижению быстроты извлечения из сточных вод биогенных элементов: с 14,91 до 1,485 г/сут азота нитратов, с 41566 г/сут до 1,155 г/сут азота аммонийного, с 16,362 г/сут до 1,531 г/сут азота нитритов, 2,12 г/сут до 1,131 г/сут фосфатов для Eichhornia crassipes приводит снижение расхода с 47 до 6 м3/сут на 1 м3 сооружений.

4. Для Azolla caroliniana оптимальное извлечение фосфатов и азота аммонийного зафиксировано при расходе стоков 47 м3/сут (ПБ = 1000 г/м2). Азот нитратов и нитритов эффективно удаляется при расходе стоков 8 м3/сут (ПБ = 1000 г/м2 ).


Библиографическая ссылка

Раимбеков К.Т. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗЪЯТИЯ СОЛЕЙ АЗОТА И ФОСФОРА ВЫСШИМИ ВОДНЫМИ РАСТЕНИЯМИ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2020. – № 1. – С. 10-15;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=12989 (дата обращения: 10.07.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074