CC BY
27
Рис. 5. Микрофотография нитчатого вспухания активного ила. Увеличение 400х.
где начальная величина ХПК при 1 = 0, мг/л; £ — величина ХПК во время I (ч), мг/л; Хд— начальная концентрация смешанной культуры, г/л; К2 — постоянная скорости, л2/мг • г • ч.
На основе экспериментов мы составили следующее дифференциальное уравнение для удаленного субстрата:
= (4)
где п — формальный порядок реакции; Кп(5) — константа скорости удаления субстрата я-го порядка. Проинтегрировав это выражение получим:
^2(5)^0 ! ‘У»
1 + Кц$)1Х0/
(5)
Уравнения (3) и (5) можно линеаризировать в форме: = a+t (6)
А5 = - 5, а = /ОДУ = 5/^//
Величину ХПК в смеси (Бт, мг/л) можно вычислить из уравнения:
Бт=(50+$211)/(1+Я), (7)
где Бр Б2 — соответственно ХПК во входном и выходном потоках, мг/л; а Я — коэффициент рециркуляции.
Период пребывания смеси сточной воды и активного ила в системе определяется по формуле:
&0 = &т/(1 + Я), (8)
где &0 — период пребывания входного потока в сооружении.
По отношению к селектору используется следующее уравнение:
Зте^а = а+Ьвт (9)
где А5 = 5 — 5.; £ — величина ХПК в /-й секции
^ т т Г1
селектора, мг/л;
а = 1/(К2Х);8п=Б1/(КтХ)
X — средняя концентрация беззольного вещества (БВ), измеренная в определенный период эксперимента, г/л.
Таким образом, подавление нитчатых микроорганизмов в смешанных культурах можно обеспечить с помощью селектора, который формирует первоначальную часть биологического реактора.
Для выполнения условий управления и питания рассматриваемым процессом, чтобы продуцировать смешанные культуры, имеющие величины илового индекса ниже 100 мл/г, необходим минимальный градиент удаления ХПК. Кроме того, определенное соотношение нужно поддерживать между иловым индексом и дисперсионным числом или ХПКшю. в реакторе.
Следовательно, продолжительность периода, необходимого для достижения устойчивого состава смешанной культуры, зависит от первоначального состава смешанной культуры и градиентов концентрации субстрата вдоль системы.
Знание этих факторов и регулирование их величин дает возможность эффективно угнетать рост нитчатых микроорганизмов средствами селектора.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ В БАШКОРСТОСТАНЕ С УЧЕТОМ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
Х.М. САФИН, доктор сельскохозяйственных наук
Г.Х. ЯПАРОВ, кандидат сельскохозяйственных наук
Сельское хозяйство в Республике Башкортостан ведется в условиях недостаточной и неустойчивой естественной влагообеспеченности. Именно этот фактор в первую очередь определяет объемы и стабильность производства продукции растениеводства и животноводства. В засушливые годы на богарных землях Республики недобор сельскохозяйственной продукции составляет 65...85 % от уровня благоприятных по увлажнению лет.
Орошаемое земледелие — один из основных путей интенсификации и стабилизации аграрного про-
изводства в регионе. В 1980-1990 гг. площадь регулярно орошаемых земель в Республике достигала 145,4...152,3 тыс. га. Занимая всего 2,4...2,6 % пашни, такие угодья обеспечивали гарантированное производство 20 % грубых и сочных кормов и 90 % — овощей. Это позволило решить проблему обеспечения населения овощной продукцией, а животноводство — кормами. Однако в последние годы площадь мелиорируемых угодий в Башкортостане значительно сократилась. На начало 2007 г. в Республике имелось 65 тыс. га орошаемых и 34 тыс. га осушенных земель.
Практика показывает, что основная часть существующих оросительных систем в регионе работает неэффективно и характеризуется низкой рентабельно-
стью производства растениеводческой продукции. Более продолжительные, по сравнению с проектными, сроки фактической окупаемости капитальных вложений в орошение объясняются, прежде всего, недостаточной экономической обоснованностью решений, используемых при проектировании и эксплуатации мелиоративных систем.
Для повышения эффективности орошения в Башкортостане необходимо усовершенствовать методику технико-экономического обоснования с учетом местных природно-климатических условий, установить границы рентабельного использования дождевальных машин при возделывании сельхозкультур. Для каждой природно-сельскохозяйственной зоны Республики нужно определить экономически обоснованную расчетную обеспеченность по естественному увлажнению лет для проектирования и эксплуатации оросительных систем с тем, чтобы они не только обеспечивали высокие урожаи, но и окупались в оптимальные сроки. Поставленные задачи мы решали с помощью методики ВНИИ «Радуга» (г. Коломна).
Согласно районированию, выполненному для оценки природной влагообеспеченности территории Республики (рис. 1) по коэффициенту увлажнения (Ку), в Башкортостане можно выделить три основные природно-сельскохозяйственные зоны: степную (К = 0,41...0,50), лесостепную (К = 0,51...0,80) и лесолуговую (К > 0,80).
Мелиоративные мероприятия, повышая плодородие почвы, способствуют созданию дополнительной сельскохозяйственной продукции с той же площади. Однако урожайность влаголюбивых культур (овощные, кормовые) при орошении в одних и тех же усло-
Рис. I. Природно-сельскохозяйственные зоны Башкортостана в зависимости от естественной увлажненности земель (по Ар.
виях повышается значительно больше, чем у засухоустойчивых (зерновые). При этом прибавка урожая увеличивается по мере перехода от более увлажненных природных зон возделывания к засушливым. В связи с этим во время проектирования и эксплуатации гидромелиоративных систем в первую очередь необходимо рассчитать объем и стоимость дополнительной продукции с учетом условий вегетационного периода. Мы определили величину этих показателей для ведущих орошаемых культур на основании многолетних фактических данных на всей территории Башкортостана (табл. 1). Расчеты были проведены для влажного года (5 % обеспеченности естественными осадками), средневлажного (25 %), среднего (50 %), среднесухого (75 %) и сухого (95 %) года.
Стоимость дополнительной продукции, получаемой на орошаемых землях, значительно колеблется не только по природно-сельскохозяйственным зонам, но и в зависимости от условий года. Например, в степной зоне стоимость дополнительной продукции от орошения посевов люцерны на сено во влажный год составляет 1560 руб./га (в ценах 1 кв. 2006 г.), а в сухой — 13230 руб./га. В лесолуговой зоне орошение всех изучавшихся культур во влажные годы экономически невыгодно, так как стоимость дополнительной продукции в этом случае практически равна нулю.
Наибольшая отдача от поливов достигается при возделывании позднего картофеля. Стоимость дополнительной продукции от орошения его посадок колеблется в степной зоне соствляет 13210...57370 руб./га, в лесостепной — 1710...56230 руб./га, в лесолуговой — 0...40750 руб./га.
На сегодняшний день сельское хозяйство страны располагает большим ассортиментом техники для полива дождеванием, различной по конструктивным, эксплуатационным и экономическим параметрам, что в значительной степени затрудняет ее подбор для конкретных природно-хозяйственных и климатических условий.
С целью определения и обоснования наиболее экономически оправданных типов поливной техники мы провели оценку всего комплекса машин, используемых в Республике. Анализ показал, что самые высокие затраты отмечаются в наиболее мате-риало- и энергоемких оросительных системах. Вместе с тем в большинстве случаев наилучшее использование земельных и водных ресурсов отмечено при эксплуатации машин, входящих в состав закрытых оросительных систем.
Размеры дополнительного чистого дохода, получаемого с поливных земель, во многом зависят от естественной увлажненности года, возделываемой культуры и природно-сельскохозяйственной зоны. Соответственно варьирует и срок окупаемости капитальных затрат на строительство мелиоративных систем. Например, переносной комплект КИ-50 «Радуга» экономически целесообразно использовать:
при возделывании кукурузы на силос в среднесухой год в степной и частично в лесостепной зоне;
Таблица 1. Стоимость дополнительной продукции, получаемой на орошаемых землях Республики Башкортостан в разные по влагообеспеченности годы, руб./га*
Природно-сельскохозяйственная зона Коэффициент увлажнения Ку Увлажненность года
влаж- ный средне- влажный сред- ний средне- сухой сухой
Зернофуражные культуры
Степная 0,41...0,50 1090 2730 4560 6510 10190
Лесостепная 0,51...0,60 620 1850 3680 5530 9100
0,61...0,70 270 1230 2730 4670 8250
0,71...0,80 0 760 1970 3960 7500
Лесолуговая 0,81...0,90 0 350 1230 3060 6650
0,91 ...1,0 0 0 760 2320 5790
Люцерна на сено
Степная 0,41...0,50 1560 3310 5390 8690 13230
Лесостепная 0,51...0,60 880 2420 4170 6960 11490
0,61...0,70 550 1560 2960 5560 9920
0,71-0,80 0 890 2080 4170 8360
Лесолуговая 0,81-0,90 0 550 1400 2940 6780
0,91-1,0 0 0 680 1740 5390
Кукуруза на силос
Степная 0,41-0,50 1500 3720 7060 11120 17630
Лесостепная 0,51-0,60 950 2590 5390 9490 15760
0,61-0,70 370 1670 4092 7810 14090
0,71-0,80 0 1130 2960 6310 12240
Лесолуговая 0,81-0,90 0 370 1870 4640 10570
0,91-1,0 0 0 740 2960 8730
Картофель поздний
Степная 0,41-0,50 13210 23510 34420 46460 57370
Лесостепная 0,51-0,60 8600 18940 28690 40160 56230
0,61-0,70 5740 14330 22950 34420 51070
0,71-0,80 1710 9180 17210 29270 45900
Лесолуговая 0,81-0,90 0 5150 13180 24100 40750
0,91-1,0 0 1150 8620 18920 36720
* Расчеты проведены в ценах 1 квартала 2006 года.
в сухой год — по всей территории Республики;
на плантациях позднего картофеля в средний (Ку =
= 0,41...0,60), среднесухой (К = 0,41...0,80) и сухой годы (^ = 0,41-1,0).
Наибольший дополнительный чистый доход при использовании дождевальной установки КИ-50 « Радуга» возможен на посевах картофеля (до 30300руб./га) и кукурузы на силос (до 9860 руб./га). Возделывание зернофуражных культур, люцерны на сено, однолетних трав (многоукосных) с применением КИ-50 по всей территории Башкортостана в любой год экономически невыгодно.
Это, прежде всего, связано с высокими эксплуатационными издержками (2530...5670 руб./га) и большими затратами ручного труда при переносе трубопроводов с одной позиции на другую.
Дождевальная машина ДДН-70 обеспечивает получение дополнительного чистого дохода и окупаемость в экономически обоснованные сроки на посевах:
зернофуражных культур и люцерны на сено в среднесухой (в зоне с Ку = 0,41...0,50) и сухой годы (на территории с Ку = 0,41...0,90);
кукурузы на силос в средний (в зоне с К = = 0,41...0,50), в среднесухой (на территории с К = = 0,41.„О,80) и сухой (в зоне с К = 0,41...1,0) годы;
однолетних (многоукосных) трав в сухой год (на территории с К = 0,41...0,70);
картофеля позднего в средневлажный (в зоне с К = 0,41...0,50), средний (на территории с К = = 0,41...0;70), среднесухой (в зоне с К = 0,41...0,9(1) и сухой (на территории с Ку = 0,41... 1,(1) годы.
Примерно такие же закономерности наблюдаются при использовании ДДН-100. Дальнеструйные машины ДДН-70 и ДДН-100 применяются ограниченно, как по территории Республики, так и в различные по естественному увлажнению годы. Это связано с дороговизной оросительных систем при проектировании и использовании подобных типов машин. Однако они достаточно высоко эффективны при возделывании кукурузы на силос и позднего картофеля.
Дождевальные установки ДДА-100 МА, ДКШ-64 «Волжанка», ДМ-454-100 «Фрегат», ДФ-120 «Днепр», ДКН-80 обеспечивают получение более высокого дополнительного чистого дохода с едини-
цы площади, по сравнению с КИ-50 «Радуга», ДДН-70 и ДДН-100, и соответственно меньшие сроки окупаемости капитальных вложений. Эти машины можно применять на территории Башкортостана при возделывании широкого круга сельскохозяйственных культур в разные по естественному увлажнению годы более успешно.
Вопрос о расчетной обеспеченности орошения и связанной с ней капитальности оросительных сооружений в Республике разработан еще недостаточно. При его решении учитывалось, что влажный (5 % обеспеченность) и сухой (95 %) годы повторяются с вероятностью раз в 20 лет, средневлажный (25 %) и среднесухой (75 %) — раз в 4 года, средний (50 %) — раз в 2 года.
Как показали исследования, использование дождевальных машин КИ-50, ДДН-70, ДДН-100 во всех природно-сельскохозяйственных зонах Башкортостана можно рекомендовать только при возделывании высокодоходных культур, поскольку срок окупаемости капитальных затрат на сооружение соответствующих оросительных систем превышает 8 лет.
Использование дождевальных машин ДДА-100 МА, ДКШ-64 «Волжанка», ДМ-454-100 «Фрегат», ДФ-120 «Днепр», ДКН-80 экономически целесообразно в средние по увлажнению годы в степной зоне с Ку=0,41.. .0,50 и в лесостепной зоне с Ку — 0,51.. .0,60, в среднесухие — в степной зоне с Ку = 0,41...0,50 и лесостепной с Ку = 0,51...0,70.
