В ведение

Сточные воды населённых пунктов, промышленности и животноводческих ферм являются сильными загрязняющими веществами. По существующему законодательству сброс этих вод в неочищенном виде в водотоки или пониженные места категорически запрещён.

Очистка стоков является сложным и дорогостоящим мероприятием. Вместе с тем, многие виды сточных вод содержат питательные вещества, которые можно использовать. Особую ценность для земледелия представляют животноводческие стоки, в которых имеется много питательных элементов (N,P,K), а также микроэлементов: B, Cu, Zn, Mn, Mg, необходимых растению и для улучшения свойств почвы. Для этой цели широко используют специальные технологии утилизации сточных вод, строят специальные оросительные системы, которые отличаются от обычных повышенными требованиями санитарно-гигиенической безопасности, а также к размещению сооружений и устройств и режиму орошения. Такие системы называют ирригационными полями утилизации (ИПУ).

Использование сточных вод является природоохранным мероприятием, защищающим компоненты природы и, прежде всего, водные источники.

Воздействие систем утилизации сточных вод на природную среду оценивают, используя объективный геосистемный (ландшафтный) подход, в частности, рассматривая проблему очистки сточных вод, т. е. их задержание и трансформацию в почве с позиции геохимических барьеров. Кроме природоохранного значения, использование в земледелии сточных вод позволяет снизить затраты на приобретение минеральных удобрений.

Доставка животноводческих стоков на поля вместе с поливной водой является более эффективной по сравнению с традиционной технологией внесения удобрений на поля. Стоки, как удобрения, равномерно распределяются по площади и дают большую прибавку к урожаю. Из веществ, содержащихся в животноводческих стоках, после их подготовки, наиболее подвижными и опасными загрязнителями являются соединения азота: нитраты NO3 и аммонийный азот NH4 .Поэтому, по их поведению в почве, подстилающих грунтах и грунтовых водах можно судить о степени экологической безопасности той или иной технологии утилизации стоков.

1Экологические требования к размещению и функционированию ипу

При поливе сточными водами необходимо учитывать не только очищающую способность почвы, но и перемещение загрязнений вглубь до грунтовых вод и перемещение их с потоками грунтовых вод в ближайшие водотоки, т. е. учитывать не только вертикальные геохимические потоки, но и горизонтальные, которые связывают отдельные геосистемы.

Как правило, ИПУ занимают небольшую площадь и располагаются в пределах одной фации. Поэтому очень важно правильно выбрать место для размещения ИПУ.

Очищающее действие ИПУ объясняется теорией геохимических барьеров, под которыми понимают природные образования, в объёме которых происходит избирательное накопление одних веществ и удаление других. Применительно к рассматриваемому случаю, самым действенным геохимическим барьером для нитратов является растительный покров, т. к. многие растения способны усваивать большое количество азота. Многолетние травы и злаковые растения способны усваивать от 200 кг до 500 кг чистого азота на 1 га в год. При передозировке азота качество урожая может быть неудовлетворительным. Тогда скошенные травы используют в качестве удобрения, в виде компостов для других полей. Выращивать продовольственные культуры при поливе сточными водами категорически запрещено из-за большой угрозы для здоровья человека.

Следующим геохимическим барьером для азота является сама почва, особенно её гумусовые горизонты, в пределах которых, при оптимальном содержании влаги, тепла и воздуха, происходит сорбция и трансформация соединений азота ( в результате химических и биологических процессов ). Аммонийный азот NH₄, в большом количестве содержащийся в сточных водах, переходит в нитраты NO₃ (нитрификация). Нитраты частично восстанавливаются в газообразные формы NO, N₂O, N₂ и О₂ (денитрификация). Часть аммонийного азота сорбируется в ППК, поглощается микроорганизмами и частично накапливается в почве, входя в состав гумуса. Подвижные нитраты могут вымываться из почвы с нисходящими потоками влаги.

Наряду с процессами нитрификации и денитрификации в почве протекают естественные процессы аммонификации- образования аммония в результате разложения органических веществ и гумуса.

Подстилающий почву слой слабоводонасыщенных грунтов, особенно мелкозёмов с высокой сорбционной способностью, также выступает в качестве барьера для азотных соединений: для аммония - как сорбционный барьер, для нитратов- как гидрофизический барьер, замедляющий вертикальные потоки влаги. Мощность такого барьера зависит от глубины грунтовых вод (при небольшой глубине грунтовых вод вертикальные потоки при поливах могут быть значительны, что создаёт угрозу загрязнения грунтовых вод и снижает барьерную роль почвы). При определённых гидрогеологических условиях может иметь место латеральный барьер (возникает в том случае, если поток грунтовых вод разгружается по пути в виде восходящих потоков влаги, подпитывающих почвенный слой на прилегающей пониженной местности.Такая ситуация часто возникает в месте примыкания супераквальной и аллювиальной фаций).

Необходимо также организовать барьеры на пути возможного поверхностного стока части поливных вод во избежание распространения стоков на соседнюю территорию (это достигается планировкой поверхности, подбором элементов техники полива (технологические параметры полива), недопускающей поверхностного, а также ограждением участка).

При поливе сточными водами с использованием дождевальных машин, особенно дальноструйных, необходимо предусматривать мероприятия, недопускающие распростронение загрязнённых поливных вод ветром на соседние участки, а особенно на населённые пункты. Это достигается правильным выбором места расположения ИПУ с учётом розы ветров, а также посадкой лесополос по границам орошаемого участка.

Утилизация сточных вод и экологическая её безопасность сводится к использованию, созданию и управлению геохимическими барьерами на пути загрязняющих веществ. Исходя из этого, можно наметить конкретные правила создания ИПУ животноводческих стоков:

1. На ИПУ выращивают только кормовые культуры, потребляющие большое количество азота. Как правило, это районированные для данной области многолетние злаковые травосмеси.

2. На ИПУ должны быть плодородные почвы, обеспечивающие высокую продуктивность выращиваемых культур и выступающие в качестве главного барьера на пути азота. По механическому составу почвы должны быть суглинистыми или тяжелосуглинистыми с большим количеством мелкой фракции и большой сорбционной ёмкостью. На лёгких песчаных почвах такие участки размещать нельзя.

3. Подстилающие почвенный слой грунты должны иметь достаточно много мелкозёма с высокой сорбционной ёмкостью для перехвата аммония, например, лёссовидные суглинки. Грунтовые воды должны располагаться на глубине не менее 7-10 метров. Естественный отток грунтовых вод должен быть достаточным (дренируемость территории).

4. Режим орошения должен гарантировать минимальные нисходящие потоки в почве, что достигается небольшими поливными нормами, низкой предполивной влажностью, использованием техники полива, дающей равномерное распределение поливной воды по полю. Лучше всего для этой цели подходит дождевание с невысокой интенсивностью, а также планировка поверхности.

5. ИПУ желательно располагать вблизи с пониженными элементами рельефа, на которых можно организовать восходящие токи влаги в почве для перехвата горизонтального потока частично загрязнённых подземных вод, использования потерянного азота и снижения загрязнения поверхностных источников, куда разгружается поток грунтовых вод, формирующихся под ИПУ.

6. ИПУ надо располагать на сравнительно выровненных землях со спокойным рельефом и с уклоном не более 0,005. По границам участка надо устраивать валики для недопущения поверхностного стока поливных вод, а также лесополосы шириной 10 метров со стороны дорог и 15 метров- со стороны населённых пунктов. По возможности ИПУ должны располагаться с учётом направления господствующих ветров.

ИПУ нельзя располагать в границах водоохранных зон, поверхностных и подземных водных объектов, над месторождениями подземных вод питьевого и лечебного качества, в пределах санитарных зон курортов и зон отдыха. Выбор участка для ИПУ обязательно согласуется с местными органами власти и санитарными службами.

Непременным условием для создания и функционирования ИПУ является постоянный мониторинг за составом сточных вод и особенно за содержанием в них болезнетворных бактерий и гельминтов, а также за качеством урожая. Если продукция идёт на корм скоту, необходимо проводить наблюдения за степенью загрязнения почв, грунтов и подземных вод, как на самом участке, так и за его пределами.

Необходимо обеспечить санитарно-гигиенические условия для работников, обслуживающих ИПУ.

Экологическая безопасность функционирования ИПУ во многом обеспечивается правильным режимом и технологией поливов, подбором надлежащей концентрации стоков в поливной воде. Это достигается долгосрочными прогнозами (не менее 20 лет) развития экологической обстановки при различных сценариях полива сточными водами, для чего необходимо иметь достоверные математические модели передвижения влаги, трансформации, потребления и перемещения азота, учитывающие специфику природных условий.