Использование очищенных сточных вод в Крыму: опыт прошлого, реалии настоящего

Размещено на http://www.allbest.ru/

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 3(27), 2017 г., [144-159]

7

УДК 626.810:502.55

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД В КРЫМУ: ОПЫТ ПРОШЛОГО, РЕАЛИИ НАСТОЯЩЕГО

Н.Е. Волкова

Прекращение поставок воды по системе Северо-Крымского канала привело к усилению дефицита водных ресурсов в Республике Крым. Наиболее негативно это отразилось на подотрасли орошаемого земледелия, так как Крымский регион в силу природно-климатических условий относится к зоне рискованного земледелия. В результате площади политых земель сократились более чем в 10 раз в сравнении с уровнем 2013 г. (137 тыс. га). Это повлекло за собой сокращение площадей под влаголюбивыми культурами, недобор урожая, простаивание дорогостоящей дождевальной техники, ухудшение технического состояния оросительной сети, сокращение рабочих мест и многое другое. Одним из возможных путей решения сложившихся проблем является использование альтернативных источников воды, наиболее гарантированным из которых являются очищенные городские сточные воды. В 90-е годы прошлого века на территории Симферопольского, Ленинского и Сакского районов уже проводились исследования в данном направлении. Использование очищенных сточных вод на обозначенных территориях не привело к изменению санитарно-гигиенических показателей почвы и ее загрязнению тяжелыми металлами. Однако полученные результаты показали, что в зависимости от солевого состава сточной воды и почвенных условий возможно развитие негативных процессов засоления и осолонцевания, которые в последующем могут привести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, ухудшению почвенно-мелиоративной обстановки, вплоть до исключения данных земель из сельскохозяйственного оборота. В настоящее время, в силу сложившихся обстоятельств (неиспользование оросительной сети, простаивание дорогостоящей техники, потеря высококвалифицированных кадров и т. п.), в Республике Крым нет возможности длительно исследовать влияние орошения сточными водами на почву и растения. Следует также отметить значительные различия в химическом составе данной категории воды по разным очистным сооружениям. Поэтому необходимо по максимуму использовать опыт прошлого с учетом нынешних реалий.

Материалы и методы. Данная работа основана на результатах исследований по использованию очищенных сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур, проведенных в период 1989-1994 гг. на территории Симферопольского, Сакского и Ленинского районов, . Для оценки объемов и качества данной категории воды использованы материалы формы 2-ТП (водхоз), ГУП «Вода Крыма» по канализационным очистным сооружениям (КОС) городов Симферополя, Евпатории, Керчи, результаты химических анализов воды, отобранной в 500 м ниже сброса КОС города Симферополя в р. Салгир в 2016 г.

В работе для определения пригодности сточной воды для целей орошения использовались следующие расчетные методы: А. М. Можейко и Т. К. Воротника, Департамента сельского хозяйства США, «Методические указания по определению пригодности для орошения сточных вод УССР» (РНТД 33.34.007-86) и широко используемая в настоящее время в РФ почвенно-мелиоративная классификация оросительной воды.

Метод А. М. Можейко и Т. К. Воротника базируется на определении содержания катионов + в процентах от суммы всех катионов с тремя градациями: > 75 % - весьма опасные по осолонцеванию почв, 65-75 % - опасные по осолонцеванию; < 65 % - неопасные по осолонцеванию [1].

Метод Департамента сельского хозяйства США дает классификацию оросительных вод на основе установления опасности засоления и ощелачивания. Для определения последнего принят коэффициент поглощаемости натрия почвой из воды, который определяется по формуле:

,

где , , - содержание указанных элементов, мг-экв/л.

Поливная вода с коэффициентом более 8 считается опасной, ведущей к осолонцеванию почв [1].

Согласно «Методическим указаниям по определению пригодности для орошения сточных вод УССР», оценивали качество оросительной воды по двум ирригационным показателям - общему содержанию легкорастворимых солей и относительному содержанию суммы катионов натрия и калия. Данная классификация предусматривает четыре класса по опасности осолонцевания (римская цифра) и четыре класса по опасности засоления (арабская цифра): очень малая I(1), малая II(2), средняя III(3) и сильная IV(4) [1].

Почвенно-мелиоративная классификация оросительной воды имеет комплексный характер: оценивается возможность развития процессов общего и хлоридного засоления, натриевого и магниевого осолонцевания, содообразования. В данном методе также выделяют четыре класса: I и II практически не оказывают вредного воздействия на почвы и сельскохозяйственные культуры, III и IV предполагают дополнительную водоподготовку, проведение комплекса мелиоративных мероприятий, а в ряде случаев (при IV классе) - определение целесообразности использования данной воды [2, 3].

Результаты и обсуждение. В Республике Крым, согласно форме 2-ТП (водхоз), в последние 9 лет сточные воды не использовались для целей орошения. Основным потребителем данной категории воды в период 2007-2013 гг. был рыбколхоз города Красноперекопска (5-10 млн м3/год), а в 2014-2015 гг. - Крымский содовый завод (не более 0,5 млн м3/год). Более наглядно динамика совокупных сбросов и использования сточных вод в Крыму приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Динамика сбросов и использования сточных вод в Крыму за период 2007-2015 гг.

Из данных рисунка 1 наглядно видно, что за указанный период в среднем объем сточных вод составлял около 160 млн м3/год, причем данные воды практически не использовались. Так, в 2015 г. в поверхностные природные водные объекты и накопители было сброшено 154,25 млн м3 сточной воды (причем из них 98,28 млн м3 нормативно очищенные, 4,63 млн м3 недостаточно очищенные, 25,45 млн м3 загрязненные без очистки и 25,89 млн м3 нормативно чистые без очистки), а использовано - 0,29 млн м3.

Рисунок 2 - Обеспеченность территории Республики Крым очищенными городскими стоками

Ниже на рисунке 2 отражена фактическая обеспеченность территории Республики Крым очищенными коммунально-бытовыми стоками (согласно форме 2-ТП (водхоз) за 2014 г.), которые, если исходить из осредненных данных, изложенных в СанПиН 2.1.7.573-96 [4], можно охарактеризовать как одни из наиболее безвредных в отношении развития процесса хлоридного засоления.

Из рисунка 2 наглядно видно, что наибольший сброс очищенных городских стоков приходится на территорию Симферопольского, Сакского и Ленинского районов, сельхоззоны городов Ялты и Феодосии. Однако если говорить непосредственно о восстановлении орошения, кроме объемов воды необходимо учитывать такие составляющие, как:

- расположение восстанавливаемого участка;

- наличие дождевальной техники, состояние мелиоративной сети и в ряде случаев ее пригодность для переоборудования под систему подпочвенного орошения, которое наряду с дождеванием, согласно СанПиН 2.1.7.573-96 [4] и разработкам Росинформагротеха [5], является предпочтительным способом полива при использовании очищенных сточных вод;

- квалифицированные специалисты [6].

Если исходить из перечисленных выше показателей, то наиболее целесообразными для орошения очищенными сточными водами являются земли Симферопольского, Сакского и Ленинского районов. На территории сельхоззоны города Ялты достаточно природных водоисточников, к тому же следует учесть, что очищенную воду пришлось бы поднимать на значительные отметки при небольших площадях орошения. В сельхоззоне города Феодосии расположено незначительное количество орошаемых земель, к тому же они практически не использовались на протяжении длительного периода времени.

В настоящее время главной целью является не просто восстановление ранее поливаемых участков, но и сохранение при этом на них благоприятной мелиоративной обстановки.

Раньше основное внимание при исследовании использования очищенных сточных вод уделялось питательной ценности данного водного ресурса и получению высоких урожаев [7-10]. Процессы развития почвенного засоления и осолонцевания отслеживались, но их значение не было решающим [11-13]. В последние 10-15 лет ситуация изменилась, пристальное внимание уделяется сохранению благоприятной мелиоративной обстановки, для конкретных объектов исследования делаются прогнозы возможного накопления солей в почве [14, 15].

В прошлом используемые в Крымском регионе методы оценки пригодности воды для целей орошения (А. М. Можейко и Т. К. Воротника, Департамента сельского хозяйства США, РНТД 33.34.007-86) давали общее заключение, без детального рассмотрения развития возможных негативных процессов (таблица 1).

Таблица 1 - Оценка пригодности очищенной сточной воды для целей орошения, опыт прошлого

Так, согласно оценке по РНТД 33.34.007-86 «Методические указания по определению пригодности для орошения сточных вод УССР», применяемая очищенная сточная вода, сбрасываемая с КОС города Симферополя в 1989-1990 гг., относилась к первому классу качества по возможности развития процессов осолонцевания и ко второму классу по возможности развития процессов засоления, то есть фактически не требовала дополнительной подготовки и не должна была оказывать негативного воздействия на почвенно-мелиоративную обстановку. Если исходить из почвенно-мелиоративной классификации оросительной воды (таблица 2), то она относится к третьему классу качества по возможности развития процесса натриевого осолонцевания и второму по возможности развития общего и хлоридного засоления, то есть данная вода требует дополнительной подготовки и мониторинговых наблюдений за почвенно-мелиоративной обстановкой.

Таблица 2 - Оценка пригодности очищенной сточной воды для целей орошения, современные методы

Ниже на рисунке 3 приведены результаты исследования влияния орошения на состояние почвенного профиля на орошаемых землях Симферопольского и Сакского районов (1989 г.).

Рисунок 3 - Изменение содержания анионов хлора и процентного содержания натрия в ППК в почвенном профиле

Если рассмотреть результаты исследований по Симферопольскому району за 1989 г. (рисунок 3 а, б), то действительно на участке, орошаемом данными сточными водами, было отмечено значительное увеличение содержания натрия в почвенно-поглотительном комплексе (ППК). В слое почвы 20-40 см на неорошаемом участке содержание натрия в ППК составляло 0,2 %, а на орошаемом сточными водами - 2,3 % (более чем в 10 раз). Если же рассматривать динамику изменения содержания хлора по почвенному профилю, то здесь в метровом слое можно отметить процесс рассоления. По Сакскому району (рисунок 3 в, г) четко отслеживаются процессы засоления и осолонцевания: в двадцатисантиметровом слое почвы произошло увеличение содержания хлора с 0,06 до 0,80 мг-экв/100 г почвы, а содержания натрия в ППК с 0,65 до 4,42 %. Таким образом, для оценки пригодности оросительной воды для орошения целесообразно использовать комплексные методики, которые позволяют отследить все возможные негативные процессы.

Использование сточных вод для орошения предполагает, в зависимости от химического состава поливной воды, почвенных условий, проведение ряда мелиоративных мероприятий. Это непосредственно внесение химических и органических удобрений (исследованиями в данном направлении занимались В. А. Ушкаренко, М. К. Тохиян, К. К. Мусабеков и многие другие [13, 16, 17]), при необходимости устройство дренажа, соблюдение севооборотов, гипсование и т. п.

Если исходить из сочетания двух показателей (объема и качества очищенной сточной воды), то наиболее перспективной зоной для ведения орошения являются земли, прилегающие к р. Салгир на территории Симферопольского и Красногвардейского районов.

Следует отметить, что, по результатам проведенного анализа, по КОС города Симферополя во 2-м квартале 2016 г. не было отмечено превышения допустимых норм сброса загрязняющих веществ в водные объекты (таблица 3). сточный вода засоление сельскохозяйственный

Если исходить из солевого состава воды данных очистных сооружений, то следует отметить, что восстановленный сток реки Салгир (500 м ниже КОС) в целом можно отнести ко второму классу качества (таблица 4). Использование данной воды не должно оказывать неблагоприятного влияния на почвенно-мелиоративную обстановку и сельскохозяйственные культуры, однако необходима разработка перечня мероприятий, направленных на предотвращение возможных негативных последствий от залповых сбросов (9 марта 2016 г. было отмечено существенное ухудшение качества воды до четвертого класса).

Таблица 3 - Качественный состав загрязняющих веществ, сброшенных с очищенными сточными водами в р. Салгир

Таблица 4 - Оценка качества очищенных сточных вод, сбрасываемых с КОС города Симферополя, по солевому составу

Орошение сточными водами является перспективным направлением. Использование хотя бы 30 млн м3 данной воды (по Симферопольским КОС) позволит полить около 10 тыс. га сельскохозяйственных угодий.

Однако окончательное решение о возможности и целесообразности использования данного альтернативного источника воды в конкретных условиях, с учетом всех возможных факторов, следует принимать после оценки уровня экологической надежности процесса орошения очищенными сточными водами, так как в ряде случаев это впоследствии может привести к выбытию данных земель из сельскохозяйственного оборота по причине засоления и осолонцевания почвы или потребует значительных капиталовложений для их восстановления.

Выводы

- ведение орошения сточными водами является перспективным направлением, однако необходимо учитывать факторы риска того, что в зависимости от солевого состава данного ресурса и почвенных условий возможно развитие процессов засоления и осолонцевания;

- для оценки пригодности оросительной воды для орошения целесообразно использовать комплексные методики, которые позволяют оценить все возможные негативные процессы, например почвенно-мелиоративную классификацию оросительной воды;

- при организации орошения сточными водами необходимо предусмотреть следующие шаги:

1) оценить качественный состав сточных вод (в первую очередь содержание бактерий, гельминтов и солевой состав). В случае, если содержание превышает 10 мг-экв/л, а Na+/Ca2+ > 2, предусмотреть дополнительную доочистку воды; при содержании 4-10 мг-экв/л и Na+/Ca2+ от 1 до 2 ввести обязательные мониторинговые исследования за изменением почвенно-мелиоративных условий, урожайностью и качеством получаемой продукции и при необходимости проводить соответствующие действия (водоподготовку, гипсование, внесение минеральных удобрений и т. п.);

2) отследить эффективность работы КОС и в случае залповых сбросов, ведущих к разовым ухудшениям качества сточной воды, предусмотреть проработку дополнительных мероприятий, направленных на снижение возможных негативных последствий;

3) исходя из существующих объемов, качественных показателей очищенной сточной воды, почвенных условий, определиться с возможным перечнем сельскохозяйственных культур, структурой севооборота и перспективными территориями или участками восстановления орошения данной категорией воды;

- исходя из сочетания условий «объем» и «качество» очищенной сточной воды, наиболее перспективной зоной для ведения орошения являются земли, прилегающие к р. Салгир на территории Симферопольского и Красногвардейского районов. Использование 30 млн м3 сточных вод, сбрасываемых с КОС города Симферополя, позволит восстановить орошение на площади около 10 тыс. га.

Список использованных источников

1 Методические указания по определению пригодности для орошения сточных вод. - Киев: УкрНИСОСВ, 1989. - 33 с.

2 Методические указания по совершенствованию технологий орошения и повышению эффективности использования местного стока для орошения земель сельскохозяйственного назначения / В. Н. Щедрин, Ю. Ф. Снипич, Г. А. Сенчуков, В. Д. Гостищев, А. С. Капустян, Л. М. Докучаева, А. С. Штанько, А. Л. Кожанов, А. А. Кузьмичев. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2015. - 147 с.

3 Мелиорация и водное хозяйство. Т. 6. Орошение: справочник / под ред. Б. Б. Шумакова. - М.: Агропромиздат, 1990. - 415 с.

4 СанПиН 2.1.7.573-96: 2.1.7. Почва. Очистка населенных мест. Бытовые и промышленные отходы. Санитарная охрана почвы. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения: утв. Госкомсанэпиднадзором России 31.10.96

5 Ресурсосберегающие энергоэффективные экологически безопасные технологии и технические средства орошения: справочник / Г. В. Ольгаренко [и др.]. - М.: Росинформагротех, 2015. - 264 с.

6 Захаров, Р. Ю. Орошение как способ утилизации очищенных сточных вод в Республике Крым / Р. Ю. Захаров, Н. Е. Волкова // Экономика строительства и природопользования: сб. науч. тр. / ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского». - Симферополь, 2016. - № 1. - С. 54-61.

7 Козинец, М. В. Орошение и урожай кукурузы / М. В. Козинец // Земледелие. - М.: Колос, 1974. - № 6. - С. 65.

8 Маренкин, Ф. С. Полив сточными водами / Ф. С. Маренкин // Земледелие. - М.: Колос, 1975. - № 8. - С. 53-55.

9 Бескровный, Ю. Г. Сточные воды как резерв орошаемого земледелия / Ю. Г. Бескровный, Н. П. Згурская // Вестник сельскохозяйственной науки. - Киев: Урожай, 1976. - № 4. - С. 74-75.

10 Метц, Р. Использование бытовых сточных вод в растениеводстве / Р. Метц, Р. Мюллер // Международный сельскохозяйственный журнал. - М.: Колос, 1979. - № 4. - С. 38-40.

11 Голченко, М. Г. Орошение сточными водами / М. Г. Голченко, В. И. Железко. - М.: Агропромиздат, 1988. - 104 с.

12 Использование сточных вод в орошении / И. Л. Канардов, А. К. Львович, В. М. Новиков, П. А. Радугин. - М.: Колос, 1964. - 99 с.

13 Ушкаренко, В. А. Орошение сточными водами кормовых культур на каштановых почвах УССР: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Ушкаренко Виктор Александрович. - Одесса, 1966. - 28 с.

14 Баев, В. Г. Экологическая оценка длительного использования городских сточных вод для орошения кормовых культурфитоценозов в условиях Донбасса: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 11.00.11 / Баев Владимир Георгиевич. - Днепропетровск, 1996. - 15 с.

15 Макарычев, С. В. Экологические особенности орошения многолетних трав городскими сточными водами / С. В. Макарычев, Н. И. Алешина // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - Барнаул, 2015. - № 9(131). - С. 53-57.

16 Тохиян, М. К. Продуктивность кормовых культур в условиях орошения сточными водами на темно-каштановых почвах Саратовского Заволжья: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.09 / Тохиян Михаил Карленович. - Пенза, 2000. - 20 с.

17 Мусабеков, К. К. Разработка технологии орошения сахарной свеклы очищенными сточными водами в условиях предгорной зоны юга Казахстана: автореф. дис. … канд. техн. наук: 06.01.02 / Мусабеков Кыдыралы Кабулович. - Жамбыл, 1996. - 25 с.

Аннотация

Целью исследования является оценка целесообразности использования очищенных сточных вод в Республике Крым. Усиление дефицита водных ресурсов в Крымском регионе наиболее негативно отразилось на сельском хозяйстве, особенно на подотрасли орошаемого земледелия. Так как Республика Крым в силу природно-климатических условий относится к зоне рискованного земледелия, для дальнейшего устойчивого развития сельскохозяйственной отрасли орошение является обязательной составляющей. Одним из гарантированных альтернативных источников воды в сложившихся условиях являются очищенные городские сточные воды. Исходя из опыта прошлого, использование данной категории воды для полива сельскохозяйственных культур привело в ряде случаев к развитию негативных процессов засоления и осолонцевания. Таким образом, при оценке целесообразности использования очищенных сточных вод в орошаемом земледелии необходимо учесть три основных фактора: качество данной категории воды, объемы сброса, а также место расположения и почвенные условия возможных массивов орошения. В данной работе сделан акцент на первых двух показателях. Исходя из проведенных исследований, использование очищенных сточных вод для целей орошения является перспективным направлением. По сочетанию первых двух факторов наиболее целесообразно данную категорию воды использовать для полива земель, прилегающих к р. Салгир на территории Симферопольского и Красногвардейского районов. При использовании очищенных стоков городов Евпатории и Керчи необходимо предусмотреть дополнительную подготовку воды (либо ее доочистку) и проведение мелиоративных мероприятий, направленных на предупреждение развития процессов засоления и осолонцевания.

Ключевые слова: очищенные сточные воды, орошаемое земледелие, экологическая надежность, качество воды, общее и хлоридное засоление, осолонцевание.

The purpose of research is to assess the feasibility of using treated sewage in the Republic of Crimea. The strengthening of water scarcity in Crimean region has had the most negative impact on agriculture, especially on the sub-industries of irrigated agriculture. Since the Republic of Crimea belongs to the zone of risk farming due to its natural and climatic conditions, irrigation is an obligatory component for further sustainable development of the agricultural sector. One of the guaranteed alternative sources of water under the existing conditions is treated urban wastewater. Based on the experience of the past, the use of this category of water for agricultural irrigation has led in some cases to the development of negative processes of salinization and alkalinization. Thus, in assessing the appropriateness of using treated wastewater in irrigated agriculture, it is necessary to take into account three main factors: the quality of this category of water, the discharge volumes, and the location and soil conditions of possible irrigation areas. In this paper, emphasis is made on the first two indicators. Based on the studies carried out, the use of treated wastewater for irrigation purposes is a promising area. By combining the first two factors, it is most appropriate to use this category of water for irrigating adjoining the river Salgir lands in Simferopol and Krasnogvardeysky districts. When using treated effluents of the towns Evpatoria and Kerch, additional water treatment (or its further purification) and reclamation measures aimed at preventing the development of salinization and solonetization processes should be envisaged.

Key words: treated wastewater, irrigated agriculture, ecological reliability, water quality, total and chloride salinity, alkalinization.

Размещено на Allbest.ru