Экологические проблемы малых водных экосистем

Qж=m·n·t/1000 , где

Qж – годовой выход экскрементов, т;

n – численность поголовья животных;

m – масса выхода экскрементов на 1 животного в сутки, кг;

t – расчетный период, сутки.  

 

Qж= 5,1·108000·365/1000=201042 т/год 

 

Затем рассчитывается объем  воды, расходуемый для смыва экскрементов:

Qв=n·c·t/1000, где

Qв – годовой расход воды, т;

n – численность поголовья животных;

с – суточный расход воды,кг;

t – расчетный период, сутки.  

 

 

  Qв=108000·10·365/1000=394200 т 

 

После этого определяется годовая масса сточных вод, для  чего суммируется масса экскрементов и расход воды для смыва.

Qс= Qж + Qв

Qс=201042+394200=595242 т

Далее рассчитывается масса  твердой и жидкой фракций. Для  этого используются следующие уравнения:

Мт= Qж·Vт/Vз, где

Мт – масса твердой  фракции,т;

Qж – годовой выход экскрементов, т;

Vт – влажность твердой фракции, %(показатель в диапазоне от 82 до 86%)

Vз – влажность экскрементов, %(показатель в диапазоне от 87 до 92%)

Мт=201042·85/90=189873 т 

 Мж= Qс – Мт, где

Мж – масса жидкой фракции, т;

Qс - масса сточных вод, т;

Мт – масса твердой  фракции, т.

Мж=595242-189873=405369 т

Твердая фракция складируется на отведенных территориях,  с которых также выносятся биогенные вещества их количество в навозе и потери  рассчитываются как с ферм. Вынос азота принимается в размере 2% от исходного содержания, а фосфора – 0,2%.

Что касается концентрации азота и фосфора в 1 т навоза, то необходимо учесть их частичный переход в жидкую фракцию. Так, в сточных водах комплексов КРС содержание азота в 1 т составляет 0,9 - 2,1 кг, фосфора 0,3 -1,1 кг; для свинокомплексов 0,1 - 0,7 кг и 0,4 - 0,5 кг. Количество веществ в твердой фракции определяют как разность между общим содержанием  и содержанием в жидкой фракции. 

Для N: 4,5-0,2=4,3 кг -  в твердой фракции N

Для P: 1,9-0,4=1,5 кг – в твердой  фракции Р

Потери твердой фракции  составят:

Для (N) W т.ф.=Мт.ф.·4,3=816454 кг

Для (Р) Wт.ф.=Мт.ф.·1,5=284810 кг

Для (Р):

284810-100%

Х-0,2%

Х=569,6кг

Для (N):

816454-100%

Х-2%

Х=16329,1кг 

Жидкая фракция в хозяйствах используется по разному:

- отправляется на 569,6 биологическую  очистку и отводится в реки;

-идет на орошение полей,  где возделываются сельскохозяйственные  культуры.

Если жидкая фракция направляется для орошения сельскохозяйственных культур, то поступление загрязняющих примесей определяется по формуле:

Рж = 4,21·Mж·WJ(1-П), где: 

Рж - поступление биогенного вещества в водный объект с жидкой фракцией за 1 год, кг;

Мж - масса жидкой фракции, т;

W - содержание биогенного  вещества в жидких отходах,  кг - в 1 т; 

J - коэффициент, учитывающий  динамику поступления возвратных вод (принято 0,25 -0,4);

П- количество примесей , задерживаемых почвой, в долях от единицы;

4,21 - переходный коэффициент  к годовому выходу навоза.

Рж (N)= 4,21·405369·0,2·0,3(1-0,005)=101884,2кг

Рж(Р)=4,21·405369·0.4·0,3(1-0,0025)=204280,4кг  

 

Комплекс КРС:

Масса экскрементов, выделяемых за год животными:

Qж=m·n·t/1000

Qж=30·2100·365/1000=22995 кг

Объем воды, расходуемый  для смыва экскрементов:

Qв=n·c·t/1000

Qв=2100·30·365/1000=22995 кг

Годовая масса сточных  вод: 

 Qс= Qж + Qв

Qс=22995+22995=45990 кг

Масса твердой фракции: 

Мт= Qж·Vт/Vз

Мт= 22995·85/90=21717,5 т

Масса жидкой фракции: 

  Мж= Qс – Мт

Мж=45990-21717,5=24272,5 т

Содержание биогенных  веществ в твердой фракции:

Для N: 4,5-2,0=2,5 кг -  в твердой фракции N

Для P: 2,3-1,0=1,3 кг – в твердой  фракции Р

Потери твердой фракции  составят:

Для (N) W т.ф.=Мт.ф.·2,5=54293,8 кг

Для (Р) Wт.ф.=Мт.ф.·1,3=28232,8 кг

Для (Р):

28232,8-100%

Х-0,2%

Х=56,5кг

Для (N):

54293,8-100%

Х-2%

Х=1085,9 кг

Поступление биогенного вещества в водный объект с жидкой фракцией:

Рж = 4,21·Mж·WJ(1-П)

(N) Рж=4,21·24272,5·2·0,3(1-0,005)=61005,7кг

(Р) Рж=4.21·24272.5·1·0.3(1-0.002)=30594,9кг  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

2.4 Расчет поступления  биогенных веществ с естественных  растительных сообществ 

 

Биогенную нагрузку определяют по зависимости:

Р_леса=W^. L^. F ^.а

где Р_леса – поступление биогенных веществ с лесных экосистем в водный объект, кг;

W – удельное количество  элемента, поступившего в лесную  подстилку с растительным спадом, кг/га;

L – коэффициент естественных  потерь элемента при разложении  спада (N = 0.035, Р = 0.008);

а – коэффициент миграции в зависимости от удаленности  водного источника

F – площадь леса, га;

1 субводосбор

(N) Р_{лес смеш.1}=37^. 0,035^. 22^. 1=28 кг

(P)Р_{лес смеш.1}=5,4^.0,008^.22^. 1=1 кг

(N)P_{лес смеш2}=37^.0,035^.82^.1=106 кг

(P)P_{лес смеш2}=5,4^.0,008^.82^.1=4 кг

(N)Р_{лес смеш3}=37^.0,035^.138^.0,6=107 кг

(P)Р_{лес смеш3}=5,4^.0,008^. 138^.0,6=4 кг

2 субводосбор

(N)P_{лес смеш1}=37^.0,035^.79^.1=102 кг

(P)P_лес смеш1=5,4^.0,008^.79^.1=3 кг

(N)P_{лес смеш2}=37^.0,035^.61^.1=79 кг

(P)P_{лес смеш2}=5,4^.0,008^.61^.1=3 кг

3 субводосбор

(N)P_хв.лес=16^.0,035^.29^.1=16 кг

(P)P_{хв. лес}=4,3^.0,008^.29^.1=1 кг

(N)P_{листв.лес 1}=48^.0,035^.32^.1=54 кг

(P)P_{листв.лес 1}=7,3^.0,008^.32^.1=2 кг

(N)P_{листв.лес2}=48^.0,035^.169^.0,8=227 кг

(P)P_{листв.лес2}=7,3^.0,008^.169^.0,8=8 кг

5 субводосбор

(N)P_{смеш.лес}=37^.0,035^.285^.0,8=295 кг

(P)P_{смеш.лес}=5,4^.0,008^.285^.0,8=10 кг

Вынос к водному объекту  элементов при разложении лугового и растительного опадав вычисляют по формуле:

W _луга= W F а

где: W _луга - поступление биогенных веществ травянистых сообществ в водный объект, кг;

W - удельный вынос элемента  при разложении растительного  опада, кг/га;

F - площадь луга; 

а - коэффициент миграции в зависимости от удаления водного  источника.

1 субводосбор

(N)W_{ест.сенок.}=1,8^.101^.0,4=73 кг

(P)W_{ест.сенок.}=0,04^.101^.0,4=2 кг

2 субводосбор

(N)W_{ест.сенок 1}=1,8^.184^.0,6=199 кг

(P)W_{ест.сенок 1}=0,04^.184^.0,6=4 кг

(N)W_{ест.сенок2}=1,8^.74^.0,4=53 кг

(P)W_{ест.сенок2}=0,04^.74^.0,4=1 кг

3 субводосбор

(N)W_{ест.сенок}=1,8^.122^.0,9=198 кг

(P)W_{ест.сенок}=0,04^.122^.0,9=4 кг

(N)W_{болота верх 1}=1,8^.6^.1=11 кг

(P)W_{болота верх 1}=0,04^.6^.1=0,2 кг

(N)W_{болота верх 2}=1,8^.30^.1=54 кг

(P)W _{болота верх 2}=0,04^.30^.1=1,2 кг

4 субводосбор

(N)W_{ест.сенок1}=1,8^.81^.1=146 кг

(P)W_{ест.сенок1}=0,04^.81^.1=3 кг

(N)W_{ест.сенок2}=1,8^.100^.0,8=144 кг

(P)W_{ест.сенок 2}=0,04^.100^.0,8=3 кг

(N)W_{ест.сенок3}=1,8^.241^.0,9=390 кг

(P)W_{ест.сенок3}=0,04^.241^.0,9=9 кг

(N)W_{кустарн.1}=48^.0,035^.18^.1=30 кг

(P)W _{кустарн.1}=7,3^.0,08^.18^.1=11 кг

(N)W _{кустарн.2}=48^.0,035^.91^.1=153 кг

(P)W _{кустарн.2}=7,3^.0,08^.91^.1=53 кг

5 субводосбор

(N)W_{болото верх 1}=1.8^.26^.1=47 кг

(P)W_{болото верх 1} =0,04^.26^.1=1 кг

(N)W_{болото верх 2} =1,8^.21^.1=38 кг

(P)W_{болото верх 2}=0,04^.21^.1=1 кг

(N)W_{болото верх3}=1,8^.96^.1=173 кг

(P)W_{болото верх3}=0,04^.96^.1=4 кг 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

2.5 Вынос биогенных  веществ с территорий населенных  пунктов 

 

Расчет поступления веществ  с жилых объектов осуществляют по следующим уравнениям:

1. Для стоков, не проходящих  очистные сооружения:

Р_c1=W^. n^. a^.10^{-3  .}t

380чел

(N)P_c1=2.62^.380^.365^.0.8^.10^-3=291 кг

(P)P_c1=1,45^.380^.365^.0,8^.10^-3=161 кг

360чел.

(N)P_c1=2.62^.360^.365^.0.8^.10^-3=275кг

(P)P_c1=1,45^.360^.365^.0,8^.10^-3=152 кг

2. Для стоков, проходящих  через очистные сооружения:

Р_c1=W^.n^.(1-p) a^.10^-3.t

Где Р_c1 – вынос биогенных веществ с жилых объектов, кг;

W – удельное поступление  элемента с бытовыми стоками  ( для N = 2.62 г/сутки на человека, для Р = 1.45 г/сутки);

n – численность населения;

t – расчетный период, сутки;

p – коэффициент, характеризующий эффективность очистки бытовых стоков от элемента;

a – коэффициент миграции.

4120 чел.

(N)P_c1=2.62^.4120(1-0.50)0.6^.10^-3.365=1182 кг

(P)P_c1=1,45^.4120(1-0,30)0,6^.10^-3.365=916 кг

Объем загрязнений, формирующийся  в результате стоков с застроенной  части сельских населенных пунктов, рекомендуется выполнять по зависимости:

Р_c2=(W ^.F ^.a ^.t) ^.10^-3

где Р_c2 – вынос элемента, кг;

W – удельное поступление  элемента с хозяйственных застроек (для N – 16.62 г, для Р – 8.22 г);

t – расчетный период, сутки;

F – площадь, занятая  под хозяйственными застройками,  га;

а – коэффициент миграции;

4120 чел.

(N)P_c2=(16.62^.105^.365^.0.6)10-3=382 кг

(P)P_c2=(8,22^.105^.365^.0,6)10-3=284 кг

380 чел.

(N)P_c2=(16,62^.56^.365^.0,8)10-3=272 кг

(P)P_c2=(8,22^.56^.365^.0,8)10-3=134 кг

360 чел.

(N)P_c2=(16,62^.40^.365^.0,8)10-3=194 кг

(P)P_c2=(8,22^.40^.365^.0,8)10-3=96 кг

Общий вынос для каждого  элемента будет равен:

Р_с =Р_с1 + Р_с2

4120 чел.

(N)P_c=1182+382=1564 кг

(P)P_c=284+916=1200 кг

380 чел.

(N)P_c=291+272=563 кг

(P)P_c=161+164=295 кг

360 чел.

(N)P_c=275+194=469 кг

(P)P_c=152+96=248 кг 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

2.6. Оценка экологической  нагрузки биогенных веществ на  водный объект 

 

Биогенную нагрузку на реки, озера, водохранилища оценивают  по концентрации элементов в стоках. Обычно определяют среднесуточную концентрацию соединений азота и фосфора от конкретного источника. Для сельскохозяйственных угодий, населенных пунктов, естественных экосистем, территорий хранения навоза и площадей утилизации жидкой фракции среднюю экологическую нагрузку рассчитывают по следующим уравнениям: 

 С(NО3)= 4,5•10?·P·?•Ф/V•F·t 

 С(P2О5)= P· 10?  •Ф/ V•F·t где:  

С - концентрация биогенного вещества, мг/л;

Р - вынос элемента от источника загрязнения, кг;

?  - коэффициент, характеризующий содержание нитратного

азота в стоке (0,92);

Ф - модульный коэффициент  для перехода  от  среднегодовых концентраций к максимальным (0,92);

V- объем поверхностного  стока, м³/га;

F - площадь занимаемая  источником загрязнения, га (площадь  под орошения жидкой фракции  берется исходя из вида животных и их численности );

t — время, сутки. Для населенных ферм КРС-215дней, для с/х угодий- 210 дней, остальное-365 дней. (Табл.7).

1 субводосбор

Кукуруза-1

С(NО₃)= 4,5•10?·461646,8·0,92·0,92/300•87·210=320,6 мг/л

С(P₂О₅)= 13235,9· 10?  •0,92/ 300•87·210=2,2мг/л

Лен-долгунец-1

С(P₂О₅)= 5862,3· 10?  •0,92/ 300•95·210=0,9мг/л

Озимая пшеница

С(NО₃)= 4,5•10?·45982,8·0,92·0,92/300•106·210=26,2 мг/л

С(P₂О₅)= 7111,2· 10?  •0,92/ 300•106·210=0,98 мг/л

Лен-долгунец-2

С(P₂О₅)= 5254,9· 10?  •0,92/ 300•67·210=1,1 мг/л

Кукуруза-2

С(NО₃)= 4,5•10?·624793,9·0,92·0,92/300•69·210=547,4 мг/л

С(P₂О₅)= 16700,9· 10?  •0,92/ 300•69·210=3,5 мг/л

Озимый рапс

С(P₂О₅)= 1960,9· 10?  •0,92/ 300•68·210=0,42 мг/л

Яровая пшеница

С(P₂О₅)= 852,5· 10?  •0,92/ 300•118·210=0,1 мг/л

Кукуруза-4

С(NО₃)= 4,5•10?·438831,1·0,92·0,92/300•96·210=276,4 мг/л

С(P₂О₅)= 12368· 10?  •0,92/ 300•96·210=1,9 мг/л

Многол. травы

С(P₂О₅)= 5189,3· 10?  •0,92/ 300•111·210=0,7 мг/л

Лен-долгунец-3

С(P₂О₅)= 7250,9· 10?  •0,92/ 300•94·210=1,1 мг/л

Лен-долгунец-4

С(P₂О₅)= 5924,6· 10?  •0,92/ 300•128·210=0,7 мг/л

Яровой ячмень

С(P₂О₅)= 1125,7· 10?  •0,92/ 300•102·210=0,2 мг/л

Гречиха

С(NО₃)= 4,5•10?·35124,7·0,92·0,92/300•78·210=27,2 мг/л

С(P₂О₅)= 2825,3· 10?  •0,92/ 300•78·210=0,5 мг/л

Подсолнечник

С(NО₃)= 4,5•10?·10231·0,92·0,92/300•69·210=9 мг/л

С(P₂О₅)= 1921,9· 10?  •0,92/ 300•69·210=0,4 мг/л

Картофель

С(NО₃)= 4,5•10?·426228,7·0,92·0,92/300•121·210=213 мг/л

С(P₂О₅)= 12708· 10?  •0,92/ 300•121·210=1,5 мг/л

Овес

С(P₂О₅)= 5002,5· 10?  •0,92/ 300•106·210=0,7 мг/л

Оз. тритикале

С(NО₃)= 4,5•10?·95741,7·0,92·0,92/300•125·210=46,3 мг/л

С(P₂О₅)= 6048,1· 10?  •0,92/ 300•125·210=0,7 мг/л

Кукуруза-3

С(NО₃)= 4,5•10?·884874,4·0,92·0,92/300•127·210=421,2 мг/л

С(P₂О₅)= 22153· 10?  •0,92/ 300•127·210=2,5 мг/л

Лес смешанный-1

С(NО₃)= 4,5•10?·28·0,92·0,92/300•22·365=0,04 мг/л

С(P₂О₅)= 1· 10?  •0,92/ 300•22·365=0,0004 мг/л

Лес смешанный-2

С(NО₃)= 4,5•10?·106·0,92·0,92/300•82·365=0,04 мг/л

С(P₂О₅)= 4· 10?  •0,92/ 300•82·365=0,0004 мг/л

Лес смешанный-3

С(NО₃)= 4,5•10?·107·0,92·0,92/300•138·365=0,3 мг/л

С(P₂О₅)= 4· 10?  •0,92/ 300•138·365=0,002 мг/л

Населенный пункт (4120 чел.)

С(NО₃)= 4,5•10?·1564·0,92·0,92/300•105·365=0,5 мг/л

С(P₂О₅)= 1200· 10?  •0,92/ 300•105·365=0,1 мг/л

Свинов. Комплекс т.ф.

С(NО₃)= 4,5•10?·16329,1 ·0,92·0,92/300•46·365=12,3 мг/л