Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Экологически безопасное использование сточных вод и животноводческих стоков при возделывании сельскохозяйственных культур

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Экологически безопасное использование сточных вод и животноводческих стоков при возделывании сельскохозяйственных культур"



На правах рукописи

Воробьева Раиса Петровна

Экологически безопасное использование сточных вод и животноводческих стоков при возделывании сельскохозяйственных

культур

06.01.04 - агрохимия

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Барнаул -1997

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте по сельскохозяйственному использованию сточных вод "Прогресс" и в Алтайском фелиалс НИИССВ "Прогресс" в период с 1976-1996 гг.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, академик РАСХН Григоров М.С.

доктор сельскохозяйственных наук Афанасьев P.A.

доктор сельскохозяйственных наук Бажов В.М.

Ведущая организация — Печенный институт

им. В.В. Докучаева

Защита состоится $ £> . /с? 1997 г. В 10 час. На заседании диссертационного совета Д 120.01.01 в Алтайском государственном аграрном университете (656029, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного аграрног о университета.

Автореферат разослан // 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Рассыпнов В.А.

Актуальность проблемы. Огромное количество отходов, образующихся в результате хозяйственной деятельности человека, обусловило острую необходимость их обеззараживания и утилизации. В наибольшей степени это относится к сточным водам, представляющим особую опасность для окружающей среды вследствие их непосредственного загрязняющего воздействия на поверхностные источники и грунтовые воды. Сброс в водоемы 1 м-1 неочищенных промышленно-бытовых сточных вод загрязняет около 50 м-1 природных вод.

Серьезную экологическую проблему представляют также животноводческие стоки. В настоящее время в мировом масштабе сброс животноводческих стоков с комплексов и ферм составляет более 10 км' в год, в том числе и в России, а объем природных вод, загрязняемых этими стоками, превышает 300 км-1. При внесении их в почву они являются источником влаги и питательных элементов, которое эквивалентно сотням тысяч тонн минеральных удобрений.

Наиболее экономически выгодной и экологически безопасной технологией очистки и доочистки сточных вод промышленности, малых населенных пунктов, городов и животноводческих стоков является использование их для орошения сельскохозяйственных культур, где очистка сточных вод достигает почти 100%. При этом за счет содержания питательных органических веществ и микроэлементов в сточных водах и животноводческих стоках повышается плодородие почв и улучшается их водно-воздушный режим.

Сущность проблемы безопасного использования сточных вод и животноводческих стоков в сельскохозяйственном производстве в различных почвенно-климатических зонах заключается в дифференцированном подходе к оценке химического состава, их влиянию на почву, растения, подземные воды с учетом антропогенных процессов протекающих в отдельных регионах.

При многолетнем использовании сточных вод на орошение отсутствует целостная концепция прогнозирования изменения водно-физических и агрохимических свойств различных почв, а также качества подземных вод с учетом их состава.

В связи с этим глубокие исследования в системе почвы - растения - подземные воды с прогнозирующим эффектом очень актуальны при использовании сточных вод и животноводческих стоков в орошаемом земледелии. Полученные результаты по использованию сточных вод различных видов и животноводческих стоков в почвенно-климагических зонах позволят решить в целом по рассматриваемым регионам проблему утилизации стоков с точки зрения дополнительных водоисточников и удобрений.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является научное обоснование технологий экологически безопасного использования сточных вод и животноводческих стоков в сельском хозяйстве с учетом их свойств и почвенно-климатических условий при возделывании кормовых, зерновых и технических культур.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: .

— обоснование оптимальных режимов орошения сельскохозяйственных культур сточными водами и животноводческими стоками в различных почвенно-климатических условиях с учетом их удобрительной ценности;

— изучение динамики изменения плодородия почв при использовании сточных вод и животноводческих стоков на полях орошения, их влияния на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции;

— определение санитарно-токсикологического состояния почв, грунтовых вод и сельскохозяйственной продукции при использовании сточных вод и животноводческих стоков для орошения сельскохозяйственных культур;

— разработка долгосрочных прогнозов изменения свойств почв и фунтовых вод при орошении сельскохозяйственных культур сточными водами и животноводческими стоками на примере конкретных сельскохозяйственных объектов.

Работа выполнена на базе НИИССВ "Прогресс" в соответствии с государственными и отраслевыми программами: 0.Ц.034 "Повышение эффективности мелиорируемых земель и использования водных ресурсов в мелиорации" на 1981-1985 гг. (пост. ГКНТ СССР №515/271); 0.85Ш "Разработать и внедрить научно-технические мероприятия по водообеспечению народного хозяйства и рациональному использованию и охране водных ресурсов" на 1986-1990 гг. (noc í. ГКНТ СССР №555); Федеральная НТП "Плодородие почв1' на 1992-1995 гг. Техническое исполнение идей автора на разных этапах работ помогали воплощать сотрудники института. Всем им автор выражает признательность и особую благодарность Додолиной Валентине Тимофеевне, Музыченко Лидии Александровне, Шуравили-ну Анатолию Васильевичу, Мерзлой Генриэте Егоровне.

Научная новизна. По результатам многолетних комплексных исследований (с 1968 по 1996 г.г.), проведенных в ряде регионов (Ленинградская, Кемеровская, Донецкая области, Краснодарский и Алтайский края), впервые с точки зрения экологической безопасности научно обоснованы:

- дифференцированный подход к использованию сточных вод и животноводческих стоков разного химического состава в зависимости от региональных почвенно-климатических условий;

- критерии агроэкологической и санитарно-токсикологической оценок различных видов сточных вод и животноводческих стоков и последствий их воздействия на почву, растения с использованием таких показателей как канцерогенность и мутагенность;

- метод очистки и доочистки сточных вод малых населенных пунктов потоком по засеянному склону;

- режимы орошения зерновых технических и кормовых культур различными видами сгочных вод для условий Северного Кавказа. Донецкой области и юга Западной Сибири с учетом почвенно-клпмлтических особенностей;

- способы подготовки сточных вод и животноводческих стоков для использования при возделывании сельскохозяйственных культур, включая ;1лптельн0с храпение в накопителях, смешивание различных видов сточных вод и животноводческих стоков;

- способы повышения эффективности использования сточных вод и животноводческих стоков путем дополнительного внесения минеральных удобрений и соломы, что позволяет повысить нагрузку азотосодержащих стоков на единицу площади и сократить затраты на их утилизацию:

- оценка воздействия орошения сточными водами и животноводческими стоками на биологическую активность почв;

- прогноз динамики содержания в почвах токсических и биогенных "элементов при многолетнем орошении сельскохозяйственных культур сточными водами и животноводческими стоками, химического загрязнения подземных вод.

На защиту выносятся:

1. Лгроэкологическая и санитарно-токсикологическая оценка сточных вод, животноводческих стокоя, орошаемых почв, растений, подземных вод.

2. Принцип оптимизации и критерии оценки использования сточных под и животноводческих стоков с учетом экологических и экономических требований.

3. Оценка длительного воздействия орошения сточными водами и животноводческими стоками на плодородие почв, подземные воды.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований обоснованы технологии эффективного, экологически безопасного использования для орошения сточных вод перерабатывающей и

коксохимической промышленности, городов и малых населенных пунктов, животноводческих стоков промышленных комплексов.

На основе критериев оценки качества сточных вод и животноводческих стоков установлены сроки уборки орошаемых культур и создана нормативная база, исключающая возможность негативного влияния использования сточных вод на почвы, растения, поверхностные и подземные воды в регионах исследования.

Разработан прогноз загрязнения почвогрунтов и подземных вод, который позволяет дифференцированно подходить к созданию оросительных систем, выбору технологий использования сточных вод, включая необходимость устройства дренажа, и проектируемых режимов орошения.

Результаты исследований внедрены в производство: в Краснодарском крае на площади 450 га, в Алтайском крае в совхозе "Прутской" на площади 650 га, на Алейском маслосыркомбинате на площади 46 га, в совхозе "Юбилейный" Кемеровской области на площади 1100 га, в совхозе "Шушары" по очистке сточных вод методом потока по склону.

Апробация работы. Материалы но теме диссертации докладывались на конференциях по использованию сточных вод в сельском хозяйстве в городах: Тимашевск - 1978 г., Киев - 1979, Джамбул - 1982, Барнаул - 1995 г., на конференциях молодых специалистов ВНПО "Прогресс" - 1980. 1982. 1984 гг, на семинарах на ВДНХ в 1981. 1983. 1984. 1986, 1988 гг. Работы отмечены 2-мя серебрянными и 2-мя бронзовыми медалями ВДНХ.

Публикации. Но теме диссертации опубликовано 39 научных статей, 3 монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 365 страницах машинописного текста и состоит из введения, восьми глав, выводов, рекомендаций производству, списка литературы.

В работе содержится 11 рисунков. 171 таблица в тексте. Библиография включает 309 источников, в том числе 74 на иностранных языках.

Содержание работы

Глана I. Состояние проблемы использования сточных вод в сельском хозяйстве

В главе приведены результаты исследований по использованию сточных вод и животноводческих стоков при возделывании сельскохозяйственных культур, нашедшие отражение в отечественных и зарубежных публикациях.

Глава 2. Объекты, условия и методика исследований.

Объекты исследований — агрофитоценозы, орошаемые сточными водами различного происхождения и состава, а также -животноводческими стоками, расположенные в различных природных зонах (табл.1).

В качестве опытных участков использовали поля фильтрации. орошаемые земли производственного назначения, специально спроектированная система очистки сточных вод методом потока по склону, участок с внутрипочвенным орошением, мелкоделяноч-ные опыты в Ленинградской, Донецкой, Кемеровской областях. Краснодарском и Алтайском краях.

Почвы опытных участков типичны для регионов исследований по генезису и агрохимическим показателям.

Основные способы орошения — дождевание с применением стационарных и полустационарных оросительных систем и передвижного оборудования,а также - поверхностное и внутрипочвен-ное орошение.

Исследования проводили в период с 1978 по 19% гг. На некоторых объектах влияние орошения сточными водами на плодородие почв изучали с 1968 года.

В основу метода исследований положены идеи отечественных ученых В.Р.Вильямса (1912, 1922), В.И.Вернадского (196(1), А.Н.Косгякова (1960), Д.Н.Прянишникова (1965). С.Ф. Аверьянова (1978) и др. об управлении биологическим круговоротом воды, минеральных и органических соединений. Исследования проводили в системе: сточные воды, почва, растения и грунтовые воды.

Основными методами исследований были полевой и лабораторный опыты.

При изучении почвенно-мелиоративных режимов использовали балансовый метод (Костяков, 1960; Мосиенко, 1972; Айдаров, 1982). Водно-солевые балансы изучали на специально оборудованных опытных участках. Динамика почвенно-мелиоративных режимов исследована путем периодического отбора проб для химического анализа Обра-

Характеристика объектов исследований

№ п.п. Место проведения исследований Виды сточных вод Годы иссл. Зона Тип почвы

1. Ленинградская область совхоз "Шушары" Хозбытовые 19811983 лесная дерновоподзолистые глееватые почвы

2. Донецкая область колхоз им.Калинина и "Правда" Авдеевского коксохимического завода 19841987 степная обыкновенные среднесугли-нистые черноземы

3. 1 Краснодарский край Лепиградский р-н, клх.им."Ильича" Маслосыркомбпната, сахарного завода 19771979 степная обыкновенные карбонатные черноземные, тяжелосуглинистые

2 Усть-Лабинский сахарный завод Осветленные 19771979 - - типичные и выщелоченные черноземы

1 Тимашсвский сахарный завод Осветленные и неосветленные 19761978 - - выщелоченные черноземы

4 Свннокомплекс ''Индустриальный'' Стоки с комплекса 19761978 - - - -

5 Комплекс КРС "Тимашевский" Стоки с комплекса КРС 19761980 - - - -

4. Кемеровская область с-з "Юбилейный" Стоки с свинокомплекса 19881991 лесостепная выщелоченные черноземы

5. 1 Алтайский край п.Яровое. АО "Алтайхимпром" Хозяйственно-бытовые сточные воды п. Яровое 19791991 степная темно-каштановые, лугово-каштановые

2 Алейский МСК, к-з им.Димнтгюва Сточные воды маслосыркомбпната 19911996 - - черноземы обыкновенные

J Алейский са\. завод, с-з "60 лет Октября" Осветленные сточые воды сахарного завода 19911993 - - - -

4 г. Алейск, с-з "Колпаковскнй" Сточные воды города с карт полей фильтрации 19901993 - * * -

5 г. Рубцовска, АО "Никольское" очищенные сточные воды г.Рубцовска 19921996 степная лугово-черноземные почвы среднесуглинистые

6 с-з "Прутской" - комплекс КРС Жив. стоки с комплекса по откорм\' 20 тыс. голов КРС 19901995 лесостепная выщелоченные черноземы, среднесуглинистые

7 с-з Озерскпй свинокомплекс Стоки с комплекса по откорму 54 тыс.голов свиней 19891991 лесная серые лесные среднесуглинистые

ботка достоверности полученных результатов проведена на ЭВМ. Химические, физические и санитарно-бактериологические анализы сточных вод, животноводческих стоков, почв, грунтовых вод, растений проводили по общепринятым методикам (Методы исследований..., 1988; Методические указания..., 1975, 1976, 1983; Методические и организационные, 1981; Перечень показателей..., 1981; Литвак, 1990; Аринушкина, 1961; Методика технологического контроля, 1977; Лурье, Рыбникова, 1974; Гельминтологическая оценка..., 1973). Анализ урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от применяемых сточных вод выполняли с использованием методов статистической обработки данных полевых опытов (Доспехов, 1979). Прогнозные расчеты выполняли на основе методов гидрохимической динамики по однокомпонентной модели влагопереноса.

Глава 3. Агромелиоративная и токсикологическая характеристика сточных вод и животноводческих стоков

Сточные воды отличаются большим разнообразием по химическому составу и соответственно по физико-химическому и санитарно-гигиеническому загрязнению. Они не должны оказывать отрицательного влияния па дологическую обстановку в зонах расположения. Поэтому все сточные воды очищаются. Способы очистки разные. Наиболее распространены из них следующие: 1) сооружения искусственной биологической очистки, 2) механической, 3) локальной и 4) почвенно-биологическая. К последней относятся поля фильтрации и поля орошения. Экономически выгодно и экологически безопасно направлять очищенные сточные воды на поля орошения. К очистке сточных вод, используемых для орошения, следует подходить дифференцировано, с учетом физико-химических свойств как самих сточных вод так и почв.

Сточные воды делятся на три основные 1руппы: хозяйственно-бытовые, городские; условно чистые, ливневые и производственные сточные воды. Нами рассмотрены две группы — хозяйственно-бытовые, городские и производственные.

Ирригационная оценка исследуемых сточных вод базируегся на их химическом составе, который в значительной степени отличается от чистой воды. Отличие состоит в реакции среды (рН), наличии взвешенного осадка, органических веществ, биогенных элементов (ТчГ,Р,К), специфических веществ минерального и органического происхождения. В связи с этим оценку пригодности сточных вод для орошения проводили не только по существующим сегодня коэффициентам, но и по содержанию в стотной воде удобрительных, макро- и микроэлементов. Кроме этого при ирригационной оценке сточных вод учитывали свойства почвы (табл.3,4).

Анализ утвержденных требований к качеству сточных вод, используемых дтя орошения и сопоставление экспериментальных данных, полученных при проведении многолетних комплексных исследований в различных почвенно-климатических зонах, позволили автору разработать требования к составу сточных вод для конкретных условий поливов черноземных и каштановых почв (табл. 2). В основу разработанных критериев положе-

ны: рН q">eды, минерализация, количество одно- и двухсторонних катионов, а также реакция среды, почвы, емкость поглощения и поглощенный натрий. Особенно важно учитывать количество натрия, поступающего со сточной водой на черноземные почвы.

Некоторые виды сточных вод, прошедших предварительную подготовку не отвечают предъявляемым требованиям. Для достижения необходимых параметров, сточные воды АКХЗ разбавляли хозбытовыми сточными водами в соотношении 1:5, сточные воды сахарных и маслосырзаво-дов подвергали длительному (шестимесячному) хранению, или разбавляли их речными маломинерализованными водами, а также смешивали с животноводческими стоками. В сточных водах сахарных заводов, молокозаводов, АКХЗ содержание тяжелых металлов не превышает ПДК для хозяйственно-питьевого водопользования, они пригодны для орошения по водопотреб-лепию культур В сточных водах городов Алейск и Рубцовск повышенное содержание никеля, кадмия, свинца (табл.5).

Таблица 2

Требования к качественному составу сточных вод, _используемых для орошения______

Агромелиоративные п .ipvrnc пока i;n ели Ел. IIIM. Типы ПОЧВ

Чершнемы j Каш 1 аноные

Реакция среды (рН) 6,5-7,5 6,0-8,5

Сухой остаток г/л до 2,5 до 2,0

Прокаленный остаток до 2,0 до 1,2

Общая щелочность M г/-) К15 35.0 15,0

Хлориды м г/л до 350 до 100

С ульфа гы до 300 др 150

Кальцин до 500 до 550

Maminï до 150 до 75

1 la rpiii) до 250 до 150

Бихроматая окисляемость мгОз/л до 2000 до 1500

Тшр кшнечноп палочки млн/мл 0,01 и выше

liai си ениые Miihpoopi ai in «мы отсутствие

Повышенное содержание тяжелых металлов в городских сточных водах объясняется поступлением в общий сток недостаточно очищенных сточных вод с предприятий города, где необходимо устанавливать более мощные локальные сооружения.

Химический состав сточных вод городов и предприятий практически не зависит от природных зон и географического положения рассматриваемых регионов.

Химический состав сточных вод п животноводческих стоков (средние данные за годы исследований), мг/л

Обьскт рИ Ос 1 а гок НС О.; П- SO-r Са^ Na+ К* N Р:0? ХП1С

С\'\ОП | прокол. общ.

Хозбыговыс п.Яровое 3,5 1155 829 311 Алтайский край 138 125 569 42 290 66 66 4,5 200

А.тейскнй МСК 7,9 1458 1 300 377 342 228 74 24 323 26 33,9 33,9 320

Алейскпй сахарный завод 7,8 4205 2130 2684 368 305 182 131 397 69 41 14.2 2852

г.Рхбцовск 7,4 483 376 200 48 88 52 19 50 5 18,6 9,7 111

г. А л еп с к 8.6 789 636 272 179 60 62 25 1 36 9 44,6 33.1 376

Тимашсвскпп сахарный завод 7,3 2618 2085 Краснодарский край 1403 229 175 192 145 235 77 38 6 991

АКХЗ (смешанные) 7,1 1630 1476 Донецк 195 369 ця область 564 116 48 271 10 114 2.9 173

Ирригационная оценка с рочных вод (средние данные за годы исследований).

Показатели Вид сточных вод Допустимое содержание

Алтайский крап Краснодарский край Тимашевкип сахарный з-д Донецкая область АКХЗ (1984)

Хозбы-товые Горстоки Алейскпй мск

Рубцовск Але иск

рн 8,3 7,4 8.6 7,3 7,3 7,1 б-е-8,5

Л'«- к 6,59 3,88 8.79 12,06 3,6 3,0 8

1с«+ Л/?

V 2

мг-экв/л

К'а+К+Са+Мй. 12.55 6.6 12.47 16.61 33.7 20.86 20

мг-экв/л

Ка : Са 4.6 1.2 2.19 3.8 1.06 1.3 1

„ А'« Л.-1 /? -.=--- 6,0 3,4 5.58 8.2 5.3 <8

= {Си+Мх

V 2

Азот, мг/л 66 20 44.6 33.9 38 114 50-120

Фосфор, мг/л 4.5 14 16.5 33.9 6 2.9 10-30

Калин, мг/л 66 12.5 8.7 26 77 10 50-150

Таблица 5

Содержание микроэлементов в сточных водах объектов исследовании__

Ал 1 аискнй кран Краснодарский Сточные воды Животновод-

Элемент пдк ПДК для ПО ' Алтай- Городские Городские край Авдеевского ческие стоки

для оро- ХОЗЯ fi- хнмпром" сточные сточные Сточные воды коксохи- с-з

шения el ценно- п.Яровое воды поди сахарных щно- мического "Юбилейный"

(ГОСТ питьевого 1984-1991 г. г г Алейска г.Рубцоиска доа. в среднем завода До- Кемеровской

17.4 3 05 назначения 1489-1993 г.г. 1993-1995 за 1972-1993 г. г. нецкой обл. обл.

-86) г.г 1984-1987 г г 1989-1991 г.г.

Барий 0,1 0,1 0,18

Ванадий 0.1 0.1 0,0-1 0,001-0,03 0,013-0.021 0.003

Железо 20 20 1,2 0.06-0.09 0,945-1.456 1.75 2,06

Кобальт 1.0 0.1 0,01 0,001-0,01 0,014-0.028 0,007 0,002 0.0002

Марганец 10 1,0 0,15 0,008-0,02 0,047-0.085 0.09 0,35

Медь 1,0 1,0 0,48 0,001-0,02 0,029-0,12 0.21 0,03 0,002

Молибден 0.25 0,25 0,5 0,001-0,002 0.006-0,012 0.007 0,003

Никель 0.1 0.1 0,007 0.001-0,1 0,141-0.196 0,1 0,005

Олово 0,1 0,1 0,002

Свинец 0.03 ■ 0,03 0.0006-0,05 0.182-0.296 0.17 0,012 0.0001

Стронций 7.0 7,0 0.015 0,02-0.04 0.02-0.031 1.52 1,39

Титан 0.1 - 0,47

Фтор 1.5 1,5 2.24

Хром 0.5 0.5 0,003-0.09 0.008-0.012 0.17 0.003 0.0003

Цинк 2.0 1.0 1.1 0.003-0.06 0,003-0.05 0.21 0.096 0,002

Алюминий 5.0 - 0.002 0.02-0.06 0.262-0.368 0.22

Бериллий 0.1 0.0002 0.02-0.09 0.038-0.046

Бор 0,5 0.5 0.09 0.01-0.03 0.018-0.023 0.2

Кадмий 0.001 0.001 0.0004 0.0002-0.02 0.004-0.007 0.006 0.0001

Магний 300 - 14.4 0,08-1.29 11.24-12.52

Мышьяк 0.05 0.05 0.01 0.004-0.01 0.137-0.141 0.1

Селен 0.001 0.01 0.002 0.003-0.02 0.012-0.015 0.0004

Сурьма 0.1 - 0.001

Глава 4. Агроэкологическая безопасность использовании сточных вод и животноводческих стоков при возделывании сельскохозяйственных культур

Основой экологической безопасности использования сточных вод и животноводческих стоков в сельскохозяйственном производстве является установление влияния их на почву, водно-физические, агрохимические и микробиологические процессы, а также урожай и его качество. В соответствии с этим разработаны требования к составу сточных вод. Проведенные исследования в различных регионах показали, что орошение сточными водами оказывает неординарное влияние на черноземные почвы. Это обусловило дифференцированный подход к разработке режима орошения сельскохозяйственных культур, их подбору, а также к подготовке сточных вод для орошения. Основными факторами, влияющими на засоление почвы в различных почвенно-климатических условиях, являются минерализация сточных вод и режим орошения. Установлено, что в условиях черноземов засоление может наступить, если суммарное содержание сульфатов и хлоридов в поливной воде выше 400 мг/л. осолонцевания - при содержании натрия более чем 350 мг/л. Однако и засоление и осолонцеванис зависят от свойств почв: емкости поглощения, поглощенных оснований.насыщенности основаниями и наличие токсичных солей в самой сточной воде. К нетоксичным солям относятся сульфаты и карбонаты кальция. Практически не может происходить осолонцевания почвы, если в воде достаточно большое количество калия и аммония. Эти соли биологически усваиваются почвенной микрофлорой и растениями, а их соли являются физиологически кислыми, способствуют активизации кальция в почвенных обменных процессах.

В Краснодарском крае для орошения сельскохозяйственных культур (кукуруза, люцерна, свекла кормовая, суданская трава, впко-овсяная смесь использовали сточные воды сахарных, молокоперерабатываюших заводов и животноводческие стоки. Исследования проводили на черноземах обыкновенных карбонатных и выщелоченных.

Климат северной зоны края характеризуется континентальнсстью. Вегетационный период длиться 185 дней. Сумма активных температур 3500°С. Количество осадков 450-550мм ГК-0,7-0,9. Почвенный покров — обыкновенные карбонатные малогумусные черноземы. Емкость поглощения составляет 34-36 мг-экв./100 г почвы, кальция от суммы поглощенных оснований 80-87%. Физическая и биологическая спелость почвы наступает одновременно.

В таблице 6 приведен режим орошения и урожайность сельскохозяйственных культур при использовании сточных вод Ленинградского сахарного и маслосырзавода, минерализация которых была 2,6 г/л. Как показали исследования оросительные нормы соответствовали водопотреблению растений.

Отмечается на 10-20°/« повышение водорастворимых солей в почве, однако это носит сезонный характер и под влиянием атмосферных осадков

Таблица 6

Примерный режим орошения сточными водами сахарных заводов и маслосырзаводов для условии _регулярного орошения в Краснодарском крае__

Культура Урожай- \а ракче- Стъя подпою баланса, м Vi a Число поливов Межпо-

ное lb. рпешка суммар- исполь- ПСПОЛЬ- ороси- в вел ета- во впеве- лпвноп период

ц/га года ное исиа- зование чованис тельная цпонпый reia- дней

ренне осадков влаги нч норма период цнонпмп

ПОЧВЫ период

Кхкхрум 70-80 Сухой 5000 900 600 3500 4 1 15-20

на ¡ерно средне- 45и0 1 300 700 2500 3 1 15-20

влажный 4200 1700 «00 1700 3 15-20

Люцерна 500-700 Сухой 7000 900 900 5200 6 1 15-20

зеленая средне- 6000 SOO 800 4400 5 1 15-20

масса влажный 6000 1400 700 3900 4 1 15-20

Озимая 40-45 СухоГ1 4200 900 600 2700 3 1 15-20

пшеница средне- 3600 1100 400 2100 3 1 15-20

влажный 3600 1300 500 1800 л 15-20

Подсолнечник 25-30 Сухой 4000 900 600 2500 4 1 15-20

средне- 3800 1200 700 1900 .■) 15-20

влажный 3800 1800 800 1200 3 15-20

Ошмыс на чел. 500-600 Сухой 5000 800 700 3500 4 1 15-20

корм+гм\косная средне- 4500 1000 600 2900 3 1 15-20

судан. трава влажный 4000 1 200 600 2200 ^ 1 15-20

Пожнивная ку- 200-250 Сухой 2000 4 15-20

ку р\ча на чел средне- 1500 3 15-20

accv влажный [ 200 2 15-20

и выноса солей урожаем соленакопления не происходит. Важным моментом в безопасном использовании сточных вод является подбор сельскохозяйственных культур, способных выносить соли, поступающие со сточными водами. Проведенный баланс показывает, что при использовании на орошение сточных вод сахарных и маслосырзаводов при орошении однолетних и многолетних трав с урожаем выносится от 35 до 75% поступающих солей, часть — мигрирует вниз по профилю, часть задерживается корнями, почвой и участвует в почвенных процессах.

При орошении сточными водами, содержащих более 250 мг/л натрия, процессов осолонцевания почвы не происходит за счет большого количества кальция как в самих сточных водах, так и в почве.

На западе и востоке Краснодарского края распространены черноземы выщелоченные и обыкновенные, гумусовый горизонт 170 см, с содержанием гумуса до 6%, с емкостью поглощения 32%, поглощенного кальция в ПИК 70-75%., насыщенность основаниями 75-85%. Почвенная характеристика позволяет использовать сточные воды Тимашевского сахарного завода для полива люцерны, кукурузы, свеклы кормовой. Длительное воздействие орошения сточными водами на почву при выращивании люцерны приводит к уплотнению почвы, снижению водопроницаемости и процессам осолонцевания за счет поступления натрия с поливной водой. На пропашных и однолетних культурах осолонцевания не наблюдали.

Использование животноводческих стоков в Краснодарском крае, особенно совместно с другими сточными водами не только повышало урожайность, но и плодородие почвы (табл. 7).

Ал тайский край характеризуется резкоконтинентальным климатом, среднемноголетнее количество выпадающих осадков в Приобской и Приа-лейской зонах 350-450 мм. Количество теплых дней 110-120. Сумма эффективных температур 2400°С. Алтай отличается своеобразием климата и почв. Часто повторяющиеся засухи не позволяют создать устойчивую кормовую базу для животноводства. Развитие орошения за счет подземных и поверхностных водоисточников стало экономически не выгодно. Алтайский край располагает огромным резервом сточных вод пригодных для орошения. Безопасность их использования на всех исследуемых почвах, как показали исследования, заключается в нормах, сроках орошения и подготовки вод.

Двенадцать лет орошения хозбытовыми сточными водами п.Яровое темно-каштановых и лугово-каштановых почв повысили плодородие почв (табл.7) и урожайность трав при режиме орошения рассчитанному по водо-потреблению. В почве произошло вымывание солей в низлежащие горизонты.

По данным исследования установлено, что наиболее благоприятное воздействие на почву оказывает орошение сточными водами сахарных и маслосырозаводов, смешанных с чистой водой в соотношении 1:1, или с добавлением животноводческих стоков нормой, рассчитанной по выносу

Влияние орошения сточными водами и животноводческими стоками па плодородие почв (числитель - исходное состояние, знаменатель - конец исследований)

Вил еючныч Гпл почвы Горп- Г\ ч\ с. В: ловое. _ км ко] п- П 0.1- Сочен- рН 1:М!,-ое! ь Пог ¡ощенпын.

пол .101 п. лрол) мое- ВПА- ный К погло-

см мый \ ИЫЙ Р щена

N I1 К МГ/ЮОг ПОЧВЕ,! М! -ЗК'В N'¡1 С'и м..

100 г

Длтапскпп крип

Хозоытовые Темно- 0-30 0 И. 0.13 1,25 «2 15 ^ и 1М ?_о 112

кантшовня 2.-1 0.18 0.13 1.29 4.73 2.3 26.4 7.4 14.8 3,0 9.3 2.6

Лчтово- 0-30 и 0.П 0.1.5 1.29 4,63 и 25,4 и 14 6 и 18 16

мттшовня 2.5 0 19 0.12 1.29 4 75 2.3 25.6 7.4 14 9 4.2 9.9 2.5

Адспскнц Обыкновенный 0-30 3 2 5.5 1Й.1 27 5 12 116 и Ш 15 Ш Ш

с;|\;фныи з-д чернозем 3.3 6.7 18.6 31,6 5,7 20.2 24.5 7.2 35.7 3.7 79.7 14,1

Горстокп Обыкновенный 0-30 1й 0 19 0..12 0,35 15 14 Ш 7 0 293 ко 8М ш

(г Ачепек) чернозем 2.7 0 16 0.15 0 32 5 6 6.8 14 3 7 0 27 1 1.3 80.9 16 4

Горстокп Л\тово- 0-30 и 0 1, Й13 4,4 и 22 7 6.5 33.fi 0 19 Ш 11!

(1 .Р\'О110ИСК] чернозсмные 2,8 0,12 0.14 3 5 3.4 1.7 37.4 7.6 32 7 0.25 12 0 3 9

Ллейскип Обыкновенный о-зо 3,06 5 07 15 6 Ш зи 0,4 Ш ш

мск чернозем 2 8 5 13 3 13 6 26.3 3.2 79,7 17 1

С токи КРС Вышслочемные 0-30 4 1 0^25 016 ш 5119 19 6 320 ЛО 1.7 83 6 ш

чернозем!,1 4 Ч 0.2: 0.16 2 42 51 3 19,6 32? 35 4 1.4 82,5 13.5

АКХЗ Обыкновенный 0-30 Ц6 и 02 24.0 46 05 и. из 1 79

чернозем 5 44 13 7 5.6! 34 9 6 2 48.0 2 22 0 96 2 5

Снппостоки Выщелоченпып 0-30 (1 49 ОМ 25 94 91 35Л и 83,6 12 3

' Юоплепнип' чернозем 0 49 0.22 0.85 7" 10« 84 35 5 1 9 82.5 13.5

Тпм.ппевсклп Бышелоченнын 0-20 и Р.23 10 12 431! 310 1.3

слчарцкш чернозем 3 0 0,31 13 7 16 9 51.5 7 16 32 1 4,5

урожаем азота. Режим орошения разрабатывается по водопотреблению, составляет для зерновых — 1200, многолетних трав — 3200 м'/га.

Способность почвы аккумулировать органические и частично минеральные вещества, поступающие со сточными водами, при длительном орошении способствует обогащению почвы питательными элементами и в целом повышает плодородие почвы. Однако сточные воды вызывают и негативные явления. Поступление значительных количеств натрия с поливной водой вытесняют из ППК кальций. В почвах после трех лет орошения содержание поглощенного натрия непревысило 5%.

Городские сточные воды использовали на лугово-черноземных почвах и обыкновенных черноземах. Почвы по своим агрохимическим показателям имеют высокую потенциальную возможность доочистки сточных вод, повышая при этом плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур. Изменения, происходящие в почве под влиянием орошения городскими сточными водами, не отличаются от контрольных показателей при орошении речными водами и по сравнению с исходным состоянием почвы.

Городские сточные воды - малоудобрительные, для повышения питательных эслементов в сточные воды добавляли животноводческие стоки, или орошение проводили на фоне внесения минеральных удобрений. Наличие в сточной воде воднорастворимого натрия вызывает незначительное осолонцевание почвы.

Орошение животноводческими стоками может вызывать загрязнение грунтовых вод соединениями азота. Необходимое внесение стоков в почву рассчитывали по выносу азота и калия с урожаем.

Развитие почвенного плодородия земледельческих полей орошения (ЗПО) и интенсивность процесса почвенной доочистки сточных вод тесно связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов. Почвенная микрофлора и микрофауна служат наиболее чутким индикатором степени токсичности сточных вод. Поэтому при изучении возможности утилизации сточных вод и их использовании для орошения сельскохозяйственных культур исследовали действие этих вод на биологическую активность и токсичность почвы, численность микрофлоры и другие микробиологические процессы.

Почвы вместе с микроорганизмами играют роль универсального биологического адсорбента, нейтрализатора загрязнений, минерализатора остатков любых органических веществ.

Почвы уменьшают численность и снижают активность вредных микроорганизмов, поступающих со сточной водой. Установлено, что обеззараживание сточных вод в почве, происходит за счет антагонизма, возникающего в почве, в результате чего бактерии кишечной палочки и др. разрушаются бактериофагами и антибиотиками. Последние продуцируются как микроорганизмами, так и другими более высокоразвитыми растениями и животными. Самоочищение почвы от патогенных организмов идет и за счет ферментов, образующихся в почве в результате процессов обмена веществ. Ризосфера многих сельскохозяйственных культур действует губительно на кишечные бактерии.

Орошение сточными водами увеличивает общее число микроорганизмов в почве в 3-5 раз по сравнению с орошением чистой водой. Полив

сточными водами и животноводческими стоками активизирует жизнедеятельность микроорганизмов в ризосфере сельскохозяйственных культур. Стимулирующая роль сточных вод и живстоков, способствующая развитию целлюлозных микроорганизмов, характеризует повышение биологической активности почвы. При орошении сточными водами в Краснодарском крае она возрасла в 5 раз по сравнению с контролем, в Алтайском в 3 раза.

Глава 5. Санитарное состояние почвы п сельскохозяйственной продукции при орошении сточными водами и животноводческими стоками

Особенности почвенной очистки и обеззараживания сточных вод изучали на всех объектах.

Исследование процессов очистки осветленных сточных вод Тима-шевского сахарного завода (1975-1978 гг.) черноземными почвами показало ее высокую эффективность. Лизиметрические исследования в слое почвы 0-50 и 0-100 см свидетельствуют, что сточные воды, проходя через почву, становятся прозрачными, теряют запах. Взвешенные вещества поглощаются почвой - на 100%, азот - на 65-84% и калий - на 98%.

Разбавленные животноводческими стоками сточные воды Усть-Лабинского сахарного завода также эффективно подвергались почвенной очистке при прохождении через слой почвы 0-50 см.

Аналогичные исследования были проведены по очистке сточных вод г.Алейска с использованием лизиметров Е.И.Шиловой, установленных на глубину 0-40 и 0-70 см. Результаты анализов показали, что очист ка городских сточных вод на поле с яровой пшеницей по взвешенным веществам составила 100%, фосфатов - 92,9%, бикарбонатов - 86,4%, органических веществ по показателю химического потребления кислорода (ХПК) - 56.3%, хлоридов - 10,5%, магния - 40%, калия - 70%. Очистка в основном происходит в горизонте А (0-40 см), т.к. в этом слое более высокая емкость обмена, обусловленная наличием гумуса и коллоидных частиц, а также наибольшим количеством активных почвенных микроорганизмов.

При почвенной очистке свиноводческих стоков комплекса "Юбилейный" происходило практически полное поглощение слоем почвы 0,5-0,7 м биогенных элементов, взвешенных и органических веществ. Количество растворенных веществ (по сухому остатку), обнаруженных в фильтрате на 60-80% ниже, чем в исходных стоках. Животноводческие стоки свинокомплекса, сильно загрязненные яйцами гельминтов и патогенной микрофлорой, пройдя цикл отстаивания и обеззараживания в прудах-накопителях, освобождались от патогенной микрофлоры и яиц гельминтов. Однако, уровень бактериального загрязнения стоков оставался высоким. После прохождения свиностоков через слой почвы 0-70 см в фильтрате обнаруживали меньшее количество микроорганизмов, но среди них отмечалось довольно высокое содержание лактозоположитель-

пых кишечных палочек. Это связано во-первых, с большой нагрузкой стоков на почву, во-вторых идет свежее фекальное загрязнение, которое необходимо исключить. При нормальных нагрузках естественное обеззараживание стоков проходит благодаря высокой биологической активности почвы и создавшейся неблагоприятной среде для чуждого почве микроценоза.

Безопасность использования дня орошения сельскохозяйственных культур городских сточных вод подтверждают данные по мутагенности и ка н цероген hocti i.

Определенную экологическую безопасность представляют городские сточные воды, содержащие значительные количеевта патогенной и условно патогенной микрофлоры, тяжелые металлы и другие химические загрязнители. Для подготовки их к орошению применяли хлорирование и локальные очистные сооружения по очистке сточных вод от высокого содержания тяжелых металлов.

В животноводческих стоках могут присутствовать различные растворенные или находящиеся в виде суспензий вещества, являющиеся токсичными, в том числе и наличие тяжелых металлов. Проведенные нами исследования почв, орошаемых животноводческими стоками, показали, что их количество в выщелоченном черноземе совхоза "Юбилейный" пе превышало допустимых концентраций, утвержденных для почв, отмечено наибольшее количество свинца (6.24 мг/кг), цинка (5,14 мг/кг) и меди (3,21 мг/кг) в горизонтах 0-30 и 30-50 см на вариантах с внесением животноводческих стоков.

Проведение увлажнительно-удобрительных поливов животноводческими стоками свинокомплекса совхоза "Юбилейный" в течение трех лет не вызвало заметного загрязнения грунтовых вод. хотя некоторая тенденция незначительного накопления вредных веществ (нитратов, фенолов) прослеживалась в течение всего периода исследований.

Численность бактерий группы кишечной палочки (коли-ттр) находилась в почве на постоянном уровне и практически не отличалась от контроля (98 и 101). Патогенной микрофлоры и яиц гельминтов после внесения сточных вод в почве не обнаружено. Аналогичные данные получены при поливах сточными водами г.Алейска. Поливы городскими сточными водами незначительно повышали содержание некоторых тяжелых металлов в слоях почвы 0-30 и 30-50 см.

Наибольшее количество среди рассматриваемых тяжелых металлов в почве было свинца. В исходной почве в слое 0-50 см оно составляло 5.7 мг/кг, а при внесении городских стоков - 6,1 мг/кг. По сравнению с контролем оно было выше на 9-14%.

В целом, трехлетнее внесение городских сточных вод под кормовые культуры, хотя и повышало содержание тяжелых металлов в верхних слоях (0-50 см), но их количество было невысоким и значительно меньшем уровней ПДК.

Безопасность использования для орошения сельскохозяйственных культур городских сточных вод подтверждают данные по мутагенности и канцсрогенности.

В связи с особенностями химического состава сточных вод и животноводческих стоков орошение ими сельскохозяйственных культур, наряду с повышением плодородия почвы, урожайности кормовых культур, может вызвать накопление в кормовой массе некоторых опасных веществ и соединений, в частности, тяжелых металлов, нитрозаминов, полиароматических углеводов (ПАУ). Как показывают данные, полученные во многих опытах, содержание тяжелых металлов в зеленой массе кормовых культур было значительно ниже ПДК. Так, содержание меди обычно не превышало 0,02 мг/кг, цинка - 0,04, кобальта - 0,007, кадмия -0,0007-0,0009, селена - 0,0004, стронция - 0,0003, свинца - 0,078 мг/экв.

Проведение анализов растений на содержание токсичных соединений, нитрозаминов показало их полное отсутствие. Определение санитарно-бактериологического состояния растительной продукции также свидетельствует об отсутствии в ней патогенной микрофлоры и яиц гельминтов.

Почвы орошаемых полей, особенно гумусовый верхний горизонт обладают определнной способностью сорбировать тяжелые металлы, содержащиеся в сточной воде. Опытные данные приведены в таблице. Накопление тяжелых металлов в почве отличается незначительно: при орошении сточными водами АКХЗ увеличивается цинк, по другим элементам содержание осталось на уровне контроля (табл. 8 ).

Таблица 8

Содержание подвижных форм микроэлементов в различных

типах почв при орошении сточными водами в слое 0-30 см, мг/кг

Элемент ПДК Авдеев- с-з "Юби- Алтайский край

СКИЙ ксжсо- лейный, Аленский г. Рубцовск Стоки ком-

XI 1м. Обык- свиносгокм. сах.з-д. горе гоки. плекса КРС

новенным Выщело- Обыкно- Лугово "Прутской

чернозем ченный черно- венный черно- Выще-

зем чернозем земные лоченный чернозем

Cd 2.0 0.55.0,58 0.115 0.45/0,47 0.54/0.6

Pb 6.0 1.7/1.3 6,24/6.43 9.5 6,0/6,1 6,27/6,52

Си 3.0 2.7/2.8 3,21/3.32 5.9 3.2/3,4 3.14/3.39

Zn 23.0 5.3/8.9 5.14/7.65 28.8 5.1/5.2 5,05/7.67

Fe 88,0

Mn 700,0 53/45,2 225.0

Cr 6,0 8.5/8,8 0,23

Be 0.21/0.22 30.5

Sn 0.21/0,28

Co 5.0 1.3/1.0 0,94/0,96 0.83/0.84 0.91/0.94

Ni 4.0 4,2/4.4

Mo 0,1/0,13

Li 1.0/1.7

As 5,5

Sr 10/8.8 0,0005/ 0,0005 0,0004/ 0,0004 0.0004/ 0.0004

Ti 339/350,4

Ba 21/17.5

Se 0,03/0,03 0,02/0,02 0,03/0,03

Положительные данные получены по влиянию орошения сточными водами АКХЗ на содержание ПАУ в почвах и растениях. Отмечено, что бенз(а)пирен поступающий в почву разлагается под воздействием почвенных микроорганизмов в течение 3-6 суток на безвредные вещества и элементы.

Па всех исследуемых объектах было установлено, что почва способна обеззараживать поступающие в нее микроорганизмы и ПАУ в течение 3-12 суток, и только некоторые виды патогенной микрофлоры и яиц гельминтов в почве могут выживать более длительное время.

Глава 6. Прогноз изменения почвенного плодородия и степени загрязнения почв и грунтовых вод при орошении сточными водами и животноводческими стоками

В проблеме охраны почв и подземных вод при использовании на орошение сельскохозяйственных культур сточных вод и животноводческих стоков вопросы прогнозирования водно-солевого, питательного режимов почв и грунтов зоны аэрации занимают особое место. Поэтому выявление закономерностей и особенностей миграции загрязняющих веществ и перераспределения поливной воды в зоне аэрации является необходимым для оценки той доли влаги и веществ, которые поступает при орошении сточными водами в почву, нижележащие водоносные горизонты и, в первую очередь, в грунтовые воды.

На основании экспериментальных данных о динамике и перераспределении веществ, поступающих на поверхность почвы с поливными водами, нами составлены прогнозные расчеты на длительный, 20-30-летний, период о состоянии почво-грунтов и грунтовых вод по отдельным объектам орошения: в совхозе "Юбилейный" Кемеровской области, на свинокомплексе "Озерский" и комплексе КРС "Прутской" (орошение животноводческими стоками); в колхозе им.Димитрова, Алсиского мас-лосырзавода Алтайского края; составлен прогноз изменения агромелиоративного состояния почв при орошении городскими сточными водами Алейска и Рубцовска. При составлении прогнозов использовали водоба-лансовые уравнения, и методологию моделирования плодородия почв, разработанную Почвенным институтом им.В.В.Докучаева.

При орошении сточными водами прогнозировались следующие показатели: содержание гумуса, ионо-солевой состав, основные агрохимические свойства, содержание тяжелых металлов в почве.

Наряду с динамическим многолетним прогнозом дана оценка результатов прогноза с точки зрения плодородия (шкалы обеспеченности растений) и с точки зрения экологии (нормативы загрязнения почв и растений).

Согласно прогнозным расчетам за годы орошения (20 лет и более) животноводческими стоками в почве увеличится в 1,5 раза количество доступных для растения питательных веществ, произойдет увеличение минерализации грунтовых вод в 2-2,5 раза, увеличение содержания вод-

норастворимых солей в метровом слое почвы, а также нитратов ( в допустимых пределах).

Орошение городскими сточными водами в течение 20 лет и более может привести к увеличению содержания воднорастворимых солей в метровом слое почвы в 1.3-1.8 раза в начальный период орошения (первые четыре года), а затем их количество снизится в 1,2-1,7 раза и стабилизируется на этом уровне. При длительном орошении сточными водами (более 20 лет) имеется потенциальная вероятность осолонцевания черноземных гточв.

Под влиянием многолетнего орошения (20 лет и более) сточными водами маслосырзавода не произойдет засоления почвогрунтов в метровом слое почвы, несмотря на некоторое соленакопление. При этом может сформироваться неблагоприятный катионный состав почвено-поглоща-ющего комплекса. Содержание поглощенного магния увеличится в 1,7 раза, а поглощенного натрия - в 2,6 раза.

В целом, прогнозные расчеты показали, что орошение животноводческими стоками и сточными водами по разработанным технологиям в течение длительного периода (20 лет и более) не вызовет существенного засоления и осолонцевания почв и загрязнения грун товых вод.

Глава 7. Комплексная оценка эколого-зкономическон эффективности использования сточных вод на орошение

Создание полей орошения с использованием сточных вод и животноводческих стоков призваны решать мелиоративные и водоохранные проблемы. В связи с этим в расчет экономической эффективности включены капитальные затраты и предотвращенный ущерб от сброса загрязняющих веществ в открытые водоемы. Экономическая эффективность от внедрения очистки сточных вод методом потока по склону составила 85.3 тыс. руб. на объем сточных вод 1000 м' в сутки. Орошения сточными водами Гнмашевского сахарного завода 435 тыс. руб. Чистая прибыль 200 руб/га. В совхозе Прутской при внедрении способа внесения стоков под запашку экономическая эффективность по капитальным вложениям составляла 1 120 000 рублей при внесении 220 тыс. м' стоков. Все расчеты приведены в ценах 1990 года.

Как показали многолетние исследования, регламентируемое применение сточных вод и животноводческих стоков при возделывании сельскохозяйственных культур оказывает положительное влияние на плодородие почв. Это обусловлено тем, что в сточных водах содержится значительное количество органического вещества и элементов питания растений. В таблице 9 приведены данные по удобрительной ценности исследуемых сточных вод.

Таким образом, при орошении хозбытовыми сточными водами нормой 1000 м' в почву поступает 660 кг азота (по действующему веществу), что примерно будет равно 1,4 т минеральных азотных удобрений (мочевина 46" о действующего вещества). 45 кг фосфора или 0,097 т су-

Удобрительная ценность сточных вод, используемых для орошения.

Вид сточных вод Содержание Стоимость Сумма

азота фосс юра калия N Р К

мг/л мг/1000 м3 мг/л мг/1000 м3 мг/л мг/1000 м3

Хозбытовые 66 660 4,5 45 66 660 627000 90000 280.500 995500

п.Яровое

Алейский 33,9 339 33,9 339 26 260 322050 678000 110500 1110550

мск

Алейский сах. 41' 410 14,2 142 69 690 389500 284000 293250 966750

завод

Городские сточные воды

г.Рубцовск 18,6 186 9,7 97 5 50 176700 194000 21250 391950

г.Алейск 44,6 446 33,1 331 9 90 423700 662000 38250 1123950

АКХЗ 114 1140 2,9 29 10 100 1083000 58000 42500 1183500

Итого: 3021950 1966000 786250 5774200

Примечание: стоимость 1 т мочевины - 950000 руб., двойного суперфосфата - 2000000 руб.. калийной соли 425000 руб.

перфосфата двойного, калия 660 кг, что соответствует 1,1 т хлористого калия. Общая стоимость внесенных питательных элементов 5774200 рублей.

Питательные вещества, которые при сбросе сточных вод в открытые водоемы являются источником загрязнения, могут служить ценным удобрением.

Глава 8. Экологическая безопасность эксплуатации оросительных систем с использованием сточных вод и животноводческих стоков

При эксплуатации оросительных систем с использованием сточных вод и животноводческих стоков предусматриваются мероприятия по предотвращению сброса сточных вод за пределы орошаемого участка. К таким мероприятиям относятся: обвалование, строительство перехватывающих каналов с последующим возвратом вод в накопители; биоканалы, где происходит доочистка сточных вод до параметров позволяющих сброс в открытые водоемы, а также разработанный нами метод очистки и доочистки сточных вод на засеянных склонах.

Сущность механизма очистки сточных вод поливом по склону заключается в том, что в процессе движения воды тонким слоем по поверхности участка происходит взаимодействие сточных вод с верхнем слоем почвы, дерниной, растениями и корнями. В процессе очистки принимают участие микроорганизмы верхнего слоя почвы, растения, воздух, солнечная радиация и т.д. При движении воды взвешенные вещества задерживаются дерниной; соединения азота усваиваются микроорганизмами, растениями и частично улетучиваются в виде аммиака; органические вещества разрушаются бактериями; фосфор удаляется из сточных вод сорбцией почвы.

Способ полива по склону проверен на опытном участке в совхозе "Шушары" Ленинградской области. Комплексные исследования показали высокую эффективность очистки бытовых сточных вод в условиях зоны избыточного увлажнения.

Установлено, что в Ленинградской области за вегетационный период (май-октябрь) способом полива по засеянному склону можно очистить сточных вод 90 тыс. м3 в год на 1 га в зависимости от режима работы системы. При норме подачи хозяйственно-бытовых сточных вод 600 м-'/га в сутки степень очистки достигается: по взвешенным веществам и яйцам гельминтов — 100%, по БПКПол„ — 96-99%, по азоту — 90-99%. Общее микробное число в очищенных хозяйственно-бытовых сточных водах колеблется от 200 до 950 тыс. в 1 мл, что вызывает необходимость их обеззараживания (хлорирование).

Система очистки сточных вод может действовать в течение вегетационного периода круглосуточно или с перерывами. Наибольшая эффективность очистки сточных вод достигается при установившемся режиме работы системы. Для очистки сточных вод на склоне применяются такие же требования, как и при использовании их для регулярного орошения.

26 Выводы

1. Для уменьшения сброса сточных вод в реки, на рельеф местности и для улучшения экологического состояния районов скопления сточных вод целесообразно использовать их как водоисточники для орошения сельскохозяйственных культур.

2. Безопасное использование сточных вод и животноводческих стоков в сельском хозяйстве заключается в подготовке и нормировании их внесения в почву. Состав сточных вод — главный экологический показатель пригодности сточных вод для орошения. Общая концентрация растворенных веществ (плотный остаток), реакция среды (рН), катионно-анионный состав, удобрительная ценность, содержание специфических веществ, в том числе тяжелых металлов определяют пригодность сточных вод для орошения и характер подготовки их к орошению.

В основу нормирования положены химический состав сточных вод и животноводческих стоков, почвенно-климатические условия и возделываемые сельскохозяйственные культуры.

3. Экологически безопасное использование сточных вод и животноводческих стоков в растениеводстве достигается за счет предварительной подготовки их на механических, искусственных или естественных биологических сооружениях и нормирования их подачи на поля.

Исследования показали, что хозяйственно-бытовые сточные воды малых населенных пунктов, городские (при отсутствии в городе крупных промышленных предприятий), сахарных и молокоперерабатывающих заводов могут использоваться для орошения после механической очистки (решетки, отстойники) и естественной биологической очистки в прудах-накопителях и на картах полей фильтрации. Для городских сточных вод, включающих стоки промышленных предприятий, необходима обработка на локальных сооружениях, на сооружениях полной искусственно-биологической очистки. Наряду с искусственно-биологическими очистными сооружениями для подготовки сточных вод на орошение могут с успехом использоваться секционные пруды биологической очистки, создаваемые в земляном ложе.

3. Для условий Северо-Западной Европейской части России разработан уникальный способ естественной биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в летний период поливом по засеянному многолетними злаковыми травами естественному или насыпному склону. Установленная гидравлическая зависимость времени нахождения сточных вод на склоне от длины склона, величины уклона и расхода сточных вод позволяет использовать метод потока по склону для очистки сточных вод малых населенных пунктов в районах с умеренным климатом. Эфек-тивность очистки на склоне составляет по взвешенным и органическим веществам 100%, фосфору — 70%, калия — 60%.

4. Обоснован дифференцированный подход к выбору способов и режимов орошения очищенными подготовленными сточными водами в связи с неодинаковым их происхождением и составом, различными поч-

венно-климатическими, гидрологическими условиями и особенностями возделываемых культур.

5. Наиболее эффективны вегетационные увлажнительные поливы сточными водами при предполивной влажности почвы 10-15% НВ. Целесообразны следующие способы орошения сточными водами: дождевание, поверхностные поливы, подпочвенное орошение. При этом наиболее эффективным способом увлажнительного орошения является дождевание, а экологически безопасным - внутрипочвенное орошение. Урожайность орошаемых культур в условиях черноземных почв (Краснодарский и Алтайский края) возросла в 2-3 раза и более и достигала 7-12 тысяч кормовых единиц с 1 га, сбалансированных по белку и другим важнейшим ингредиентам. В почвах повысилось содержание гумуса, гидролизуемого азота, подвижных форм калия и фосфора, то есть увеличилось их потенциальное и эффективное плодородие.

6. Орошение сточными водами в условиях Краснодарского, Алтайского краев, Донецкой области повышает содержание воднорастворимых солей в почве. Но это носит сезонный характер, так происходит за счет внесения солей с поливными водами.

7. При длительном орошении городскими сточными водами (более 20 лет) имеется потенциальная вероятность осолонцевания черноземных почв.

Орошение городскими сточными водами в условиях Алтайскою края в течение 20 лет и более может привести к увеличению содержания воднорастворимых солей в метровом слое почвы в 1,3-1,8 раза в первые четыре года, а затем к их снижению в 1,2-1,7 раза и стабилизации на одном и том же уровне.

9. Почвенная очистка и доочистка сточных вод и животноводческих стоков на полях орошения по изученным технологиям, происходящая под воздействием физико-химических и биологических факторов агробноценозов, обеспечивает высокую степень защиты природной среды, в том числе грунтовых вод, от загрязнений, поддерживает высокий уровень плодородия почв, повышает урожайность и качество кормовых, зерновых и технических куль тур.

10. При поливах малоудобрнтельными сточными водами высокая урожайность обеспечивалась при их сочетании с животноводческими стоками или на фоне внесения минеральных удобрении. По сравнению с контролем в зависимости от состава стоков, почвенных условий и возделываемой культуры урожайность повышалась в 1,5-3,0 раза, а по сравнению с чистой водой на 20-50% при высоком качестве продукции.

11. Использование для орошения сельскохозяйственных культур промышленных сточных вод коксохимического производства с высоким уровнем химического загрязнения (тяжелые металлы, фенолы, роданиды и азотосодержащие соединения) требует их разбавления хозяйственно-бытовыми сточными водами в соотношении 1:5, что позволяет снизить их токсичность на почву при сохранении высокой удобрительной ценности. Орошение сточными водами по водопотреблению повышало коэффициенты усвоения азота урожаем в среднем по севообороту с 0.65 до 0,85.

Плодородие и солевой режим почв существенно не изменялись, повышалась урожайность кормовых культур при соблюдении нормативных показателей качества.

12. При удобрительных поливах животноводческими стоками подтверждена целесообразность расчета норм их внесения по выносу азота планируемым урожаем. При утилизации животноводческих стоков оказалось эффективным дополнительное внесение в почву измельченной соломы (около 3 т/га). При этом нормы внесения стоков можно увеличивать на 25%. Воспроизводство почвенного плодородия достигается при ежегодном внесении животноводческих стоков под запашку в дозе 500 M-Vra. Оптимальный водный режим почвы в период вегетации кормовых культур поддерживается дополнительными поливами чистой водой по водопотреблению. Поливы животноводческими стоками нормой, рассчитанной по выносу азота (250 м'/ra), в вегетационный период не обеспечивали культуры влагой по водопотреблению, в связи с чем недостающее количество воды подавалось в смеси со стоками или последующими поливами чистой водой.

13. Прогнозные исследования на ряде обьектов показали, что многолетнее (20 лет и более) использование животноводческих стоков .для удобрительно-увлажнительных поливов не приводит к опасному, превышающему 11ДК, уровню загрязнения и засоления почв и грунтовых вод. Тем не менее на двадцатый год орошения содержание нитратов в грунтовых водах увеличится в 8-13 раз и составит 1.33-1.59 мг/л при интенсивности накопления 0.1-0.2 мг/л за вегетационный период. При многолетнем орошении содержание общего азота в почве увеличится в 2-9 раз, а аммиачного - в 10-20 раз. Содержание калия и натрия возрастет до 0.005-0.008 %, а солей плотного остатка - до 0.0360.093%. В целом, в условиях орошения в течение 20 лет животноводческими стоками потенциальное плодородие черноземных почв не уменьшится, а эффективное значительно возрастет.

14.Г1ри сельскохозяйственном использовании бытовых и городских сточных вод, сточных вод пищевой промышленности (маслосыр- и сахарных заводов), а так же стоков крупного рогатого скота и свино-стоков достигается усиление микробиологической активности почвы. В пахотном слое земледельческих полей орошения возрастает численность полезной почвенной микрофлоры, включая целлюлозораз-рушающую и азотобактер. Патогенной микрофлоры, а также жизнеспособных яиц гельминтов в почвенных пробах не обнаружено, коли-титр в почвах орошаемых вариантов был незначительно (на 2-5%) выше по сравнению с неорошаемой почвой контрольных вариантов.

Предложения производству

1. В связи с возросшим загрязнением рек на территории России, исчерпанием способности их к биологическому самоочищению, наиболее целесообразным способом очистки и доочистки сточных вод и животноводческих стоков, с экологической и агрономической точек зрення,

ледует рекомендовать использование их для орошения сельскохозяйственных культур (кормовых, зерновых, технических), по разработан-1ым экологически безопасным технологиям.

2. С учетом агроэкологических аспектов для орошения сельскохо-яйственных культур в широких производственных масштабах в первую »чередь следует применить утилизацию животноводческих стоков, затем .озяйственно-бытовых и городских сточных вод, а также сточных вод местной молокоперерабатывающей промышленности и сахарных заво-юв.

3. Для повышения агроэкономической эффективности и экологи-[еской безопасности сельскохозяйственного использования сточных вод I животноводческих стоков необходимо оптимизировать их химический остав методами предварительной очистки, в том числе в биопрудах, убавлением водами с меньшим содержанием регламентируемых ком-юнентов. сочетанием малоудобрительных сточных вод с животноводче-кими стоками, а также путем сбалансированного применения мине->альных и органических удобрений, в частности, соломы.

4. Режимы орошения сточными водами и животноводческими токами должны устанавливаться с учетом агрохимических и агрофизи-еских свойств почв, потребности растений во влаге и питательных веществах. Поливные нормы сточных вод с относительно невысоким со-.ержанием элементов питания растений необходимо рассчитывать по одопотреблению сельскохозяйственных культур. Животноводческие токи, содержащие высокие концентрации питательных веществ, необ-одимо вносить, ориентируясь на потребности растений в азоте. При несении стоков повышенными нормами для связывания азота в почве |екомендуется применять солому в количестве до 3 т/га и более.

5. Для долгосрочного прогноза агромелиоративного состояния очв, орошаемых сточными водами и животноводческими стоками, ¡редлагается методика, основанная на фактических материалах по войствам иочво-грунтов, подземных вод и химического состава сточ-ых вод в различных ландшафтно-географических условиях. Для оценки лияния орошения сельскохозяйственных культур сточными водами и спвотноводческими стоками на грунтовые воды необходима сеть на-людательных скважин методика приводится в приложении №).

в. Для использования сточных вод и животноводческих стоков на олях орошения в различных ландшафтно-гсографических зонах в целях беспечения экологической безопасности необходимо руководствоваться азработанными критериями сбалансированного их внесения под сель-кохозяйственные культуры.

7. Для предупреждения осолонцевания, возникающего при ороше-ии сточными водами, рекомендуется внесение кальцийсодержащих веществ в дозах эквивалентных содержанию натрия в оросительных водах.

Список опубликованных работ по теме диссертации Монщрафий

1. Использование сточных вод и животноводческих стоков ю орошения сельскохозяйственных культур в условиях Юго-Западне Сибири. - М.: Россельхозакадемия, - 1995.

2. Практическое пособие по охране подземных вод при орошеш сточными водами. -М.: Россельхозакадемия, 1995.- с. 9 (в соавторстве).

3. Использование животноводческих стоков, сточных вод и \ осадков для орошения и удобрения сельскохозяйственных культур. - IV Россельхозакадемия, 1995 (в соавторстве).

Статьи, тезисы (в соавторстве)

1. Методические указания по комплексной оценке эколог экономической эффективности использования сточных вод на орошенн - М.: Россельхозакадемия, 1996 - с. 152.

2. Проблемы охраны водных и земельных ресурсов Алтайско1 края от загрязнений сточными водами и животноводческими стоками. Экологически безопасное использование сточных вод и животноводч ских стоков в сельском хозяйстве. - Барнаул. 1995. - с. 3-11.

3. Ирригационная оценка сточных вод г. Рубцовска, используемь для орошения люцерны.// там же. с. 56-63.

4. Орошение кормовых культур животноводческими стоками к; эффективный способ их утилизации.// там же. с. 90-98.

5. Урожай и качество кормовых культур при поливах городски N сточными водами.//там же. с. 129-133.

6. Продуктивность и качество кормовой продукции при орошеш сточными водами.//там же. с. 163-173.

7. Утилизация осадков сточных вод г. Рубцовска Алтайского кр; почвенным методом.// там же. с. 194-202.

8. Влияние орошения животноводческими стоками на динамш подвижного азота в черноземах и содержание нитратов в сельскохозя ственной продукции.// там же. с. 219-228.

9. Технология использования городских сточных вод для орошеш кормовых культур в условиях Алтайского края.// там же. с. 240-260.

10. Сточные воды молочного производства и их использоваж для орошения.// там же. с. 26—268.

11. Влияние осадков сточных вод и перегноя на свойства лугов черноземных почв.// там же. с. 292-299.

12. Геоэкологическое обоснование орошения сточными водами Рубцовска сельскохозяйственных земель Рубцовского совхоз техникума.//там же. с. 425-428.

13. Пособие по системам сооружений для подготовки и утилизаш сточных вод и животноводческих стоков. - М.: Россельхозакадемия, 199 с. 76.

14. Экологическая оценка почв при внесении отх дов.//Агроэкологические исследования по использованию сточных вод

животноводческих стоков для орошения и удобрения сельхозугодий. -Барнаул., 1997 .с. 28-46.

15. Особенности утилизации городских сточных вод при возделывании люцерны на лугово-черноземных почвах в условиях Алтайского края.//там же. с. 46-61.

16. Влияние осадков сточных вод на свойства лугово-черноземных почв, урожайность и качество продукции кормовых культур в условиях Алтайского края. // там же. с. 70-79.

17. Изменение свойств черноземных почв при возделывании кормовых культур в зависимости от особенностей утилизации сточных вод г. Рубцовска Алтайского края.11 там же. с. 80-89.

18. Химический состав осадков сточных вод г. Рубцовска и навоза КРС и их агроэкологическая оценка../'/' там же. с. 89-98.

19. Оценка химического состава свиностоков комплекса "Антипинский" и расчет норм внесения под культуры кормового севооборота.// там же. с. 186-191.

20. Результаты испытаний дождевальной техники при орошении неосветленными сточными водами Тимашевского сахарного заво-да.//Сельскохозяйственное использование сточных вод : / Тр. ВНИИГиМ. - М. 1980. с. 83-86. (в соавторстве).

21. Исследование техники распределения сточных вод при очистке их потоком по склону // Использование городских и промышленных сточных вод для орошения. - М., 1982.-е. 167-177 (в соавторстве).

22. Очистка сточных вод при поливе засеянных скло-нов.//Использование сточных вод для орошения земель .- М.,-1983. с. 8890.

23. Микробиологические процессы на системе очистки сточных вод методом потока по склону //Использование сточных вод и навозных стоков на орошение и удобрение сельскохозяйственных угодий: - М„ - с. 106113.

24. Плодородие черноземных почв при многолетнем орошении очищенными сточными водами коксохимического завода/Влияние орошения сточными водами на плодородие почвы: - М., 1987. - с. 146-156 (в соавторстве).

25. Подбор сельскохозяйственных культур и режим орошения при использовании сточных вод АКХЗ//Использование сточных вод коксохимической промышленности на земледельческих полях орошения. - М., 1989. -с. 16-22 (в соавторстве).

26. Влияние орошения животноводческими стоками на фоне внесения соломы на микробиологическую и ферментативную активность поч-выЮкологические и технико-экономические аспекты утилизации сточных вод и животноводческих стоков -М., 1990. - с. 182-191 (в соавторстве).

27. Внедрение орошения сельскохозяйственных культур сточными водами на Тимашевском сахарном заводе//Сахарная промышленность. -1976.-№5. - с. 22-26 (в соавторстве).

28. Метод очистки сточных вод методом по склону//Мелиорация и водное хозяйство. Сер.4. Комплексное использование и охрана водных

ресурсов: Экспресс-информ./ЦБНТИ Минводхоза СССР. - М., 1984. Вып.2 - с.

29. Рекомендации по совместному использованию сточных вод с;) харны.х заводов и маслосырзаводов для орошения сельскохозяйственны культур в условиях северной зоны Краснодарского края. - М., 1984.-с.27.

30. Временные рекомендации по очистке сточных вод методом пс лива по склонам, засеянным многолетними травами. М., 1986. - с. 15.

31. Оросительные системы с использованием сточных вод. /Норм| проектирования. ВСН 33-2.2.02.-86. -М„ 1986. -с.85.

32. Опыт применения мелиоративных систем для утилизации жт вотноводческих стоков и сточных вод с минимальным использование труб//Использование сточных вод в орошаемом земледелии: тдокладов. М„ 1988. - с.32-33.

33. Процессы микробиологической трансформации азота в поч! при орошении животноводческими стоками при внесении сол< мы//Почвенная очистка и утилизация сточных вод и животноводчеекг стоков: т. докладов. - М. 1992. - с.71-73.

34. Рекомендации по использованию сточных вод Авдсевског коксохимического завода для орошения. - М.. 1989. с.

35. Опыт распределения сточных вод при очистке их методом г сююну//Мелиорация и водное хозяйство. Сер. 4. Комплексное иснольз< вание и охрана водных ресурсов: Экспресс-информ./ЦБНТИ Минводхо" СССР. - М, 1985. -Вып. 8 с. 3-6 (в соавторстве).

36. Геоэкологическое обоснование использования городских сто ных вод для орошения на , примере г. Алейска Алтайско! края//Геоэкология,-М., 1994. №3. с.22-35