25 Июл

УТИЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД И ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ НА ПОЛЯХ ОРОШЕНИЯ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

По данным Новикова В.М. и др. объем животноводческих стоков (ЖС) с комплексов СССР в 1984 г. превышал 1 млрд. м3/год. В ЖС, приведенных на стандартные туки, содержится 2 млн. т. аммиачной селитры, 1 млн. т. суперфосфата, 1,5 млн. т. калийной соли. Этим количеством можно удобрить 6,5 млн. га сельскохозяйственных угодий и дополнительно получить более 20 млн. тонн к.е. Необходимо отметить, что стоки крупных птицефабрик превышают 1,5 млрд. м3/год [11].

Сточные воды (СВ) – это воды, загрязненные бытовыми и производственными отходами, удаляемые с территории населенных пунктов и промышленных предприятий системами канализации. По своему происхождению, составу и качественной характеристике они подразделяются на три основные категории:

— хозяйственно-бытовые (СВ городов и поселков);

— производстенный (СВ предприятий);

— ЖС, образующиеся в результате содержания животных на комплексах.

В 2000 г. в водные объекты страны было сброшено 20,3 млрд м3 загрязненных СВ (36,5% от всего объема водоотведения в водные объекты), в 2010 году – 16,5 млрд м3 (33,5%). В 2001-2010 гг. удалось почти на 25% сократить сброс в водные объекты загрязненных СВ, не прошедших никакой очистки. В то же время сокращение недостаточно очищенных СВ произошло только на 17% [2, 5].

Для очистки различных категорий СВ применяются сооружения механической и биологической очистки. Следует отметить, что достигнуть 100% очистки на искусственных очистных сооружениях практически не удается, а стоимость этих сооружений достаточно высока.

Одним из способов доочистки СВ является использование их для поливов с.-х. культур. После предварительной подготовки их направляют на поливы с.-х. культур. В результате жизнедеятельности микроорганизмов, находящихся в почве, кислорода воздуха, воздействия солнечных лучей и ряда других факторов на полях орошения (ПО) происходит их доочистка.

Экологически и экономически выгодно проводить орошение СВ, так как при этом решается ряд проблем: утилизация загрязненных вод, экономия чистой природной воды, охрана окружающей среды от загрязнения, использование питательных веществ, содержащихся в СВ.

Сведения о применении полей орошения восходят к давним временам человеческой истории. Так, в Ассиро-Вавилонской Империи и в Древних Афинах, а также Римской Империи уже практиковалось организованное удаление СВ. Причем, в отдельных случаях, эти стоки использовались для орошения с.-х. культур.

Некоторые авторы считают, что устройство ПО в Германии  г. Брумцлау было осуществлено в 1559 г., Англии г. Эдинбург – 1709 г. [6].

В СССР площадь орошения СВ различных категорий превышала 300 тыс. га, а для утилизации всего объема подготовленных к орошению СВ потребуется 5 млн га. Следует отметить актуальность очистки и использования СВ в ФЦП «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственных назначения России», где говорится об очистке СВ и использовании их для орошения сельскохозяйственных земель [13].

Еще в 30-е годы прошлого века в Московской области СВ использовались для орошения с.-х. культур. Урожайность овощных культур Московской области приведена в таблице 1 [8].

Таблица 1.

Урожайность овощей в Московской области, т/га

 

 

 

 

Овощи

1938 г. (по 20 колхозам)

Полив СВ за 1936-1941 гг.

1939 г. (по 41 хозяйству)

Без орошения Орошаемая Орошаемая к неполивной
1 Капуста ранная _—_

8,33

_—_

23,85

_—_

2,86

Капуста
2 Капуста поздняя 7,67

13,81

23,5

35,6

3,07

2,57

Без орошения Орошаемая Орошаемая к неполивной
3 Морковь _—_

8,86

_—_

33,7

_—_

3,79

9,8 50,1 5,1
4 Свекла столовая _—_

13,51

_—_

40,6

_—_

3,01

Картофель
5 Помидоры 13,57

7,0

32,46

18,54

2,36

2,65

10,9 46.5 4,3
6 Картофель 5,54

8,73

20,96

21,61

3,78

2,47

     

Сравнивая урожайность картофеля на 1938-1939 гг. при орошении природной водой и сточными водами, прибавка от орошения СВ по сравнению с природными составила 1,62 % или на 13,2 т/га [8].

По статистическим данным в 2011 году в России насчитывалось (млн. голов) 20,1 КРС, в том числе 8,9 коров; 17,9 свиней [1]. В среднем для утилизации ЖС на ПО на 1 голову коров требуется 0,61 га, бычков – 0,25 га, нетелей – 0,14 га, свиней – 0,4 га, а общая площадь для утилизации всех ЖС составит 16,9 млн га. Учитывая, что в хозяйствах населения находится 46,1%  КРС, в том числе коров 49,8%, а свиней 64,8% потребная площадь ПО уменьшится [1].

В ВСН 33-2.2.01-85 в таблице 2 приведены ориентировочные площади для утилизации ЖС, беря их за основу и учитывая потери биогенных элементов в навозохранилище [12] по нашим подсчетам поля орошения займут 5 млн. га.

Таблица 2.

Ориентировочные площади для утилизации стоков на орошение при различных дозах внесения азота, фосфора, калия (на кормовых севооборотах)

№№

п/п

Тип и размер комплексов

Площади для утилизации стоков на орошение га, при внесении азота, фосфора, калия (N:P:K) годовой нормой в кг/га

Без учета потерь биогенных элементов при хранении С учетом потерь биогенных элементов при 6-ти месячном хранении в навозохранилищах
200:100:200 300:150:3000 200:100:200 300:150:3000

Свиноводческие

   1 108 тыс. голов, выращивание и откорм (механическое разделение) 3070 2045 2610 1740

Выращивание нетелей

2 6 тыс. скотомест 700 580 630 420

Производство говядины

3 20 тыс. голов 3420 2280 3080 2060

Производство молока

4 2000 коров 810 540 730 490

В США на животноводческих и птицеводческих комплексах годовой объем отходов составляет 1,25 млрд. тонн. При внесении 100 кг/га азота площадь утилизации составит 60 млн. га [6].

К южной части Западной Сибири относятся: Омская, Новосибирская область, часть Тюменской, Томской, Кемеровской областей, Алтайского края с общей площадью около 110 млн. га. Климат региона – резко континентальный с холодной и продолжительной зимой и коротким и жарким летом. Годовое количество осадков 300 – 350 мм. Засухи и суховеи слабой и средней интенсивности отмечаются почти ежегодно, сильные засухи – 6 лет из 10.

Общий объем СВ превышает 1,5 км3 в год, что является большим резервом в развитии орошения юга Западной Сибири с небогатыми водными ресурсами [8].

Объема СВ от городов и поселков хватает для орошения 200 тыс. га. Только за счет удобрительных поливов ЖС свинокомплексов нормой 400 м3/ га урожайность зерновых повысилась на 3-7 ц/га, зеленой массы однолетних трав на 3-5 т/га, а увлажнительное орошение нормой 2000 м3/га костра безостого хозбытовыми СВ давала прибавку зеленой массы 16 т/га или в 2 раза выше урожая на богаре. При увлажнительно-удобрительных поливах урожайность достигала 48 т/га [10]. Схема подготовки к орошению СВ и ЖС приведена на рисунке 1.

При подборе сельскохозяйственных культур и составлении севооборотов должны учитываться потребность хозяйств в определенной растениеводческой продукции и возможность возделывания высокоурожайных районированных сортов, характеризующихся высоким выносом элементов питания из почвы урожаем.

В условиях рассматриваемого региона рекомендуется при орошении стоками свиноводческих комплексов и хозяйственно-бытовыми сточными водами выращивать зерновые, зернофуражные и силосные культуры, многолетние и однолетние травы. Основную часть посевных площадей следует занимать злаковыми травами. Ориентировочные схемы севооборотов при орошении водами могут быть следующими:

1-й севооборот: 1) зерновые+многолетние травы; 2) многолетние травы; 3)  многолетние травы; 4) многолетние травы; 5) многолетние травы; 6)  Зерновые или зернофуражные.

2-й севооборот: 1) силосные культуры; 2) зерновые+многолетние травы; 3) многолетние травы; 4) многолетние травы; 5) многолетние травы; 6) зерновые или зернофуражные.

Принципиальная схема подготовки и

Рисунок 1.  Схема подготовки и совместного использования животноводческих стоков  и сточных вод

 

Ориентировочные схемы севооборотов при орошении сточными

Ориентировочная структура посевных площадей на полях орошения сточными водами может быть следующей:

  1. Зерновые и зернофуражные — 30%
  2. Костер безостый — 30%
  3. Силосные культуры — 20%
  4. Люцерна, донник — 20%

                                                                                                   Итого: 100%

Одной из основных особенностей режима орошения стоками свиноводческих комплексов является необходимость учета содержания в них питательных веществ и величины их выноса с урожаем. При этом годовую норму стоков рекомендуется определять по формуле:

Мс

где:    Мс – годовая норма внесения стоков, м3/га;

У – величина планируемого урожая, т/га;

П – содержание питательного элемента в урожае, кг/т;

C – концентрация питательных элементов в сточных водах, кг/м3;

К – коэффициент, учитывающий потерю питательного элемента. По азоту на легких и тяжелых почвах К соответственно принимается равным 0,5 и 0,7, по фосфору и калию – 1,0.

Для ориентировочных расчетов содержание основных питательных элементов и растениеводческой продукции можно принимать по справочным материалам.

Примерные показатели выноса основных питательных элементов урожаем различных сельскохозяйственных культур приведены в таблице 3.

Расчет норм стоков свиноводческих комплексов проводится отдельно по азоту, фосфору и калию, при этом определяющей нормой следует считать наименьшую из трех полученных величин. Недостающее количество других питательных веществ вносится в почву в виде минеральных и органических удобрений.

Наибольший сельскохозяйственный эффект от использования сточных вод на орошение достигается при оптимальном удовлетворении потребности растений в воде и питательных веществах.

         Рекомендуются следующие схемы водопользования:

  • удобрительные поливы стоками свиноводческого комплекса;
  • удобрительные поливы стоками свиноводческого комплекса с последующим орошением хозяйственно-бытовыми сточными водами или водой из природных водоисточников;
  • поливы смесью стоков свиноводческих комплексов с хозяйственно бытовыми сточными водами или с водой из природных водоисточников.

Таблица 3. 

Примерный вынос основных питательных веществ с урожаем сельскохозяйственных культур на полях орошения совхоза «Лузинский»

Культура

Продукция

Вынос элементов питанием, кг/т

N P2O5 K2O
Люцерна

Костер безостый

Пшеница

»

Ячмень

»

»

Озимая рожь

»

Кукуруза

Крапива

Сено

Сено

Зерно

Солома

Зерно

Солома

В фазу колошения витамин. мука

Зерно

Солома

Зеленая масса

Витаминная мука

23,2

18,0

19,8

5,4

19,8

9,6

21,6

24,1

9,0

8,7

27,9

2,9

2,0

5,6

1,6

 

2,3

3,5

7,7

2,0

1,6

4,9

23,8

21,1

4,4

20,0

5,5

18,0

29,5

6,0

16,0

11,6

27,3

 Nобщ : P2O5 : K2O

В Наро-фоминском районе Московской области, в совхозе «им. 50-летия СССР» был построен свиноводческий комплекс «Кузнецовский» по откорму 108 тыс. голов свиней в год [7].

Первоначально планировалось, что твердая фракция свиного навоза и избыточно активный ил из аэротенков будут запахивать на полях, а биологически очищенные СВ сбрасывать в водные источники. Химический анализ стоков показывал различное содержание биогенных элементов от животноводческого комбината до пруда-накопителя. В приемной емкости ЖС содержание общего азота составляет в среднем 1700 мг/л, фосфора – 220 мг/л, калия — 330 мг/л. После вертикальных отстойников содержание NPK снизилось N-97, P2O5-130, K2O-240. Биологическая очистка стоков после первой и второй ступени содержание в них, соответственно: N 190-155, P2O5-140-123, K-123-110 мг/л. Резко снизилось содержание взвешенных веществ от 28400 в приемной до 165 мг/л после второй степени биологический очистки, БПК5 с 9060 до 200 мг/л. Понятно, что с таким показателем  сброс сточных вод даже после двухступенчитой биологической очистки запрещен. Поэтому было принято решение направить биологически очищенные ЖС для орошения с.-х. культур (многолетние травы). Этот прием позволил повысить урожайность многолетних трав и произвести их почвенную доочистку на полях орошения. По методике ВНИИССВ «Прогресс», позволяющей рассчитать дозу внесения и выноса NPK с урожаем многолетних трав эта  норма внесения составила по азоту – 2320 м3/га, фосфору – 1850 м3/га и калию – 1160 м3/га. По рекомендациям ВНИИССВ «Прогресс» за расчетную норму принимают наименизацию из полученных норм, в данном случае по дозе K2O – 1160 м3/га.

Отрицательное влияние повышенных доз калия на растения и животных

не выявлено. Многие ученые (таблица 2) считают, что допустимой дозой калия может быть 300 кг/га. Обычно же калий не лимитируется.  Поэтому, а также ввиду ограничения сельскохозяйственных угодий в совхозе им. 50-летия СССР, принимать за расчетную по K2O нецелесообразно. Если же принять норму, рассчитанную по азоту или фосфору, 2320 – 1850 м3/га,  то в этом случае будет внесено избыточное количество воды, превышающее оросительную норму, по водопотреблению году 75% обеспеченности (150 м3/га). Поэтому предлагается взять за основу оросительную норму по водопотреблению ….1500  м3/га, а недостающее количество азота и фосфора вносить с минеральными удобрениями [7]. В соответствии с годовым объемом образующихся биологически очищенных ЖС-1,64 млн. м3, необходима площадь орошения утилизация составляет 1090 га на свинокомплексе по откорму 108 тыс. голов свиней.

В Алтайском крае со свинокомплекса на 108 тыс. голов сбрасывается 420 тыс. т стоков. Технология утилизации ЖС следующая: разделение на фракции полудуговыми ситами; твердая фракция влажность 65% выводится в бурты, уплотняется и через 10-12 месяцев (период обеззараживания) вносится на поля. При содержании в ЖС 350 мг/л N, 190 мг/л P2O5 и 120 мг/л K2O норма внесения стоков на серых лесных почвах составляет 600 м3/га, при этом урожайность зеленой массы кукурузы (среднее за 3 года) – 312 ц/га. Орошение ЖК не оказало отрицательного влияния на качество выращиваемой продукции, плодородие серой лесной почвы, отмечено повышение повышение подвижных форм N, P, K [9]. При внесении в ЖК нормой 600 м3/га в почву поступают: 189-216 кг/га N, 114 кг/га K2O и 72 кг/га P2O5. Необходимо кроме удобрительного полива ЖС нормой 600 м3/га производить дополив природной водой, что для кукурузы составляет в общей сложности 2000-2400 м3/га. Без дополнительного орошения природной водой урожайность с.-х. культур невысокая, что потребует увеличения площадей, орошаемых ЖС, учитывая баланс внесения и вынос NPK с урожаем.

В Павловском районе Алтайского края подготовка ЖС на орошение от откормочного комплекса на 10 тыс. голов  КРС проходит по следующей схеме: приемная камера центрифуги, бетонные накопители, пруд-накопитель. Бетонные накопители, построенные с уклоном до 2 градусов, хорошо разделяют навоз на твердую и жидкую фракции. На поля стоки подаются по нескольким вариантами:

  • поливом при вспашке с применением разборного трубопровода РТЯ-220,

трактора ДТ-75 с навесным плугом;

  • дождеванием с помощью установок ДКШ-64 «Волжанка», «Сигма-50»;
  • на опытном участке кротово-внутрипочвенного орошения.

Стоки подаются попеременно с чистой водой. Нормой внесения стоков 300 м3/га.  Урожайность за 3 года люцерны составила 50 ц/га (сено), на орошении чистой водой – 35 ц/га [4].

Содержание нитратов в люцерне, орошаемой стоками, составило 1500-2000 мг/кг сена. Отмечено, что при таких же нормах внесения стоков в сенаже и зеленых кормах нитратов значительно ниже – в 2-2,5 раза. При орошении ЖС черноземов обыкновенных увеличивается содержание подвижных форм азота до 214 мг/100 г почвы, фосфора – 100 мг/100 г почвы, калия – 240 мг/100 г почвы. Почвы переходят из среднеобеспеченных по питательным элементам в высокообеспеченные [11].

Сельскохозяйственные сточные воды представляют интерес с точки зрения получения дополнительного водного ресурса. Поэтому во многих регионах мира с необеспеченными водными ресурсами увеличиваются объемы использования сточных вод. Основной вид их использования на современном этапе – развитие орошения. К 1994-95 гг. площадь орошаемых земель в мире достигла 246,4 млн.га. На орошение тратится от 25000 до 28000 км3 чистой воды и 600 км3 очищенных и разбавленных стоков. Большие объемы обессоленной дренажной воды и очищенных сточных вод (до 57% от водозабора) используются в Сибири, Египте, Саудовской Аравии, ОАЭ и др. странах Ближнего Востока (таблица 4).

Таблица 4.

Использование нетрадиционных источников воды в странах Ближнего Востока [AQUASTAT]

Наименование страны

Использование нетрадиционных источников воды

Обессоленной воды,

106м3/год

в % от всего водозабора Объем обработанных сточ.вод,

106м3/год

в %

от

водо

забора

Всего нетрадиц. источников,

106м3/год

в %

от

водо

забора

Саудовская Аравия 714 4,2 217 1.28 931 5,48
Объединенные Арабские Эмираты 385 18,26 108 5,12 493 23,38
Кувейт 231 42,94 52 9,67 283 52,61
Сирия нет данных нет данных 370 2,57 370 2,57
Египет 25 0,05 200 0,36 225 0,41
Другие страны 372 0,09 253 0,06 625 0,15
Всего по Ближнему Востоку 1727 0,34 1200 0,23 2927 0,57

Сложившаяся к концу ХХ столетия напряженная ситуация с водными ресурсами во многих регионах мира и прогноз водопотребления показывает, что мировое хозяйство в целом увеличивает водопотребление к 2020 г. более, чем в три раза, а объем стоков моет составить 1300-1500 км3.  Этому будут способствовать внедрение водоотборных систем на сельскохозяйственных предприятиях, практически полная утилизация животноводческих стоков, повышение эффективности использования воды, внедрение новыхспособов очистки и подготовки воды.

Список литературы:

  1. Алтухов А.И., Голуб П.П. Статистические минералы и результаты исследований развития агропромышленного производства России. М.: 2012. — 32 с.
  2. Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 г. // М.: НИА Природа, 2009. — 40 с.
  3. Воробьева Р.П., Военов В.П., Гостищев Д.П. Утилизация сточных вод и животноводческих стоков в Алтайском крае с учетом охраны окружающей среды. // Тезисы конференции 25-26.09.1991. Повышение эффективности использования и экологической защищенности мелиоративных систем: Новочеркасск НИМИ, 1991. — С. 51-52.
  4. Воробьева Р.П., Военов В.П., Гостищев Д.П. Орошение животноводческими стоками КРС в совхозе «Прутской» // Тезисы конференции 25-26.09.1991. Повышение эффективности использования и экологической защищенности мелиоративных систем: Новочеркасск НИМИ, 1991. — С. 52-53.
  5. Государственный доклад «О состоянии использовании водных ресурсов РФ в 2010» // Природа. М.: НИА, 2011. — 274 с.
  6. Джейм Н., Кридер и Руфус Л.,Чейни С. Утилизация органических отходов. «Защита почв и водных ресурсов» // Совместныйпроект РАСХН и Службы ОПР МСХ США. М., 2003. С. 85-98.
  7. Кастрикина Н.Н., Гостищев Д.П. Опыт орошения биологически очищенными свиностоками в Московской области / Проспект РЦО Мособлупрполиграфидат, 1981.- 4 с.
  8. Колгонков В.В. Поля орошения. М.: Изд-во Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1947. — 107 с.
  9. Мелиоративная энциклопедия. М.: ФГНУ «Росирформагротекс». Том 2, К-П. — 444 с.
  10. Новиков В.М., Овцов Л.П., Гостищев Д.П., Савосьев П.Д., Мальков Л.В. и др. Рекомендации по технологии с.-х.использованич остатков свиноводческих комплексов и хозбытовых сточных вод южной части Западной Сибири. М., 1985. — 29 с.
  11. Новиков В.М., Овцов Л.П., Костанди Ф.Ф., Караченцев А.И., Савосьев П.Д. Использование сточных вод комплексов и ферм для орошения с.-х. культур. М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР. 1984. — 16 с.
    УТИЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД И ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ НА ПОЛЯХ ОРОШЕНИЯ
    Проблема утилизации сточных вод и животноводческих стоков с учетом охраны окружающей среды возникла в связи с увеличением объемов сточных вод и животноводческих стоков, образующихся на промышленных животноводческих комплексах. В приведен опыт подготовки сточных вод и животноводческих стоков для использования их в орошаемом земледелии, что повышает урожайность сельскохозяйственных культур, почвенное плодородие, предохраняет водные ресурсы от загрязнения.
    Written by: Гостищев Дмитрий Петрович, Вершинин Валентин Валентинович, Хватыш Наталья Вячеславовна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/27/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)
    Available in: Ebook