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:
- Зерновые и зернофуражные — 30%
- Костер безостый — 30%
- Силосные культуры — 20%
- 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:
- Алтухов А.И., Голуб П.П. Статистические минералы и результаты исследований развития агропромышленного производства России. М.: 2012. — 32 с.
- Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 г. // М.: НИА Природа, 2009. — 40 с.
- 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.
- 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.
- Государственный доклад «О состоянии использовании водных ресурсов РФ в 2010» // Природа. М.: НИА, 2011. — 274 с.
- 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.
- Кастрикина Н.Н., Гостищев Д.П. Опыт орошения биологически очищенными свиностоками в Московской области / Проспект РЦО Мособлупрполиграфидат, 1981.- 4 с.
- Колгонков В.В. Поля орошения. М.: Изд-во Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1947. — 107 с.
- Мелиоративная энциклопедия. М.: ФГНУ «Росирформагротекс». Том 2, К-П. — 444 с.
- 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.
- 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.[schema type=»book» name=»УТИЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД И ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ НА ПОЛЯХ ОРОШЕНИЯ» description=» 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.» author=»Гостищев Дмитрий Петрович, Вершинин Валентин Валентинович, Хватыш Наталья Вячеславовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-27″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]