Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние использования животноводческих сточных вод в сельском хозяйстве 8
1.1. Использование в сельском хозяйстве животноводческих стоков и оценка их пригодности 8
1.2. Ирригационная и экологическая оценка химического состава животноводческих сточных вод 22
1.3. Санитарно-гигиенические аспекты орошения животноводческими сточными водами 25
1.4. Характеристика способов и техники полива животноводческими сточными водами 27
1.5. Подбор культур на ЗПО и влияние режима орошения на их урожайность 30
1.6. Природоохранные мероприятия при орошении сточными водам и 32
Глава 2. Условия и методика проведения опытов 35
2.1. Почвенно - климатические и гидрологические условия территории 35
2.2. Технологический процесе работы очистных сооружений 44
Глава 3. Режим орошения люцерны, его влияние на величину и качество урожая 69
3.1. Поливные нормы и динамика влажности почвы 69
3.2. Рост и развитие люцерны 75
3.3. Водопотребление люцерны 80
Глава 4. Характеристика оросительной воды 85
4.1. Расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ в оросительной воде 85
4.2. Исследования фактического состава оросительной воды.. 90
Глава 5. Влияние орошения животноводческими стоками на экологическое состояние территории 95
5.1. Влияние орошения на водно-физические и агрохимические свойства почвы 95
5.2. Санитарно-гигиенические аспекты орошения животноводческими стоками 100
5.3. Влияние орошения животноводческими сточными водами на урожайность и качество люцерны 102
5.4. Влияние орошения животноводческими стоками на подземные воды 105
5.5. Влияние орошения животноводческими стоками на
поверхностные воды реки Тишанка 109
Глава 6. Экономическая эффективность орошения сточными водами 111
Выводы 117
Рекомендации производству 123
Литература 124
Приложения 147
- Использование в сельском хозяйстве животноводческих стоков и оценка их пригодности
- Почвенно - климатические и гидрологические условия территории
- Поливные нормы и динамика влажности почвы
Введение к работе
Почвенный метод обезвреживания сточных вод известен людям с древности, однако, широкое применение он получил лишь с развитием промышленного производства и ростом городов.
В России первые поля орошения были построены в окрестностях Одессы (1887... 1888г.), Москвы (1898г.) и Киева (1892г.). Это были так называемые коммунальные поля орошения, которые предусматривали естественную биологическую очистку сточных вод с одновременным использованием их для выращивания сельскохозяйственных культур. Земледельческие поля орошения получили дальнейшее развитие не только на территории СССР, но и за рубежом.
Однако следует отметить, что развитие земледельческих полей орошения сдерживается по ряду объективных причин. Основными из них являются недостаточная изученность поведения в почве и растениях отдельных специфических веществ, содержащихся в сточных водах, трудность правильного подбора сельскохозяйственных культур, рационального режима орошения, предотвращающего явления засоления и осолонцевания почвы,9 загрязнение грунтовых вод, а также невозможность выработать универсальную методику утилизации сточных вод для каждого конкретного случая. Разнообразие происхождения и состава сточных вод, физико-химические и водно-физические свойства почв, потребность в воде и адаптация сельскохозяйственных культур, гидрогеологическая обстановка района использования стоков являются основными факторами, обуславливающими индивидуальность каждого технического решения.
Изучение рациональных способов использования сточных вод имеет исключительно важное значение как в деле сбережения водных ресурсов страны, так и в охране окружающей среды.
Актуальпбость темы исследования подчеркивается тем, что взятый для проведения исследований почвенно-климатический регион характеризуется острой аридностью климата, повсеместным распространением засоленных почв и пород, склонностью почв к вторичному засолению, заболачиванию и осолонцеванию в результате нерационального ведения орошаемого земледелия.
Для раскрытия сущности темы исследовательской работы была взята территория Казачьей Холдинговой Компании ЗЛО «Краснодонское», расположенной в Иловлинском районе Волгоградской области.
Цель и задачи исследований. Цель работы - разработка научно-обоснованной системы использования и очистки животноводческих сточных вод на полях орошения. Определение допустимого вредного воздействия загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах на подземные горизонты. Задачи исследования - разработка практических рекомендаций по сельскохозяйственному использованию сточных вод, включающих требования к составу сточных вод, направляемых на поля орошения, контроль мелиоративного состояния почвы и гидрогеологической обстановки в районе полей орошения, метод утилизации сточных вод, содержащих высокое количество биогенных веществ, санитарно - гигиеническое нормирование вредных веществ в оросительных сточных водах и в почве полей орошения, установление необходимой степени разбавления сточных вод чистой водой для орошения.
Научная новизна. В работе на основе широких исследований в системе «сточная вода - почва — растение — грунтовые воды» впервые для данных условий установлены критерии мелиоративной оценки поливных сточных вод, разработаны рекомендации по обоснованию технологии использования сточных вод, подбору культур для полей орошения и древесных пород для зеленых зон.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на VII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2002 г), опубликованы статьи в Журналах «Мелиорация» (Волгоград, 2004г), «Здоровье и экология» (Волгоград, 2004г).
Автор работы выражает благодарность Григорову М.С. заслуженному деятелю науки и техники РФ, академику РАСХН, доктору технических наук, профессору; Лобойко В.Ф. научному руководителю, зав.кафедрой «КИОВР», кандидату технических наук, доценту; Груздовой СИ. начальнику отдела экологии КХК ЗАО «Краснодонское».
Очистные сооружения канализации КХК ЗАО «Краснодонское» Иловлинского района Волгоградской области проектной производительностью 2,3 тыс. м /сутки введены в эксплуатацию в 1979 г. и обеспечивают прием на неполную биологическую очистку сточных вод от производственных объектов предприятия. Очищенные стоки перекачиваются в пруды накопители, а затем после разбавления чистой речной водой направляются на земледельческие поля орошения (ЗПО). Система утилизации стоков (ЗПО) свиноводческого комплекса была создана в 1980... 1988 гг. площадью 1185 га.
Идея поддержания естественного круговорота веществ положена в основу утилизации животноводческих стоков на оросительных системах (ЗПО), где стоки используются в качестве жидких удобрений при выращивании орошаемых кормовых культур. При этом поливная техника и другое ирригационное оборудование используется для подачи и распределения стоков в чистом или разбавленном водой виде. В этом смысле ЗПО следует рассматривать как сооружения естественной биологической очистки.
Использование в сельском хозяйстве животноводческих стоков и оценка их пригодности
Проблема утилизации больших объемов стоков требуют решения путем использования животноводческих стоков для орошения кормовых культур на прифермерских полях орошения. Это позволяет рассматривать животноводческие комплексы как безотходные сельскохозяйственные предприятия, непрерывно повышать плодородие почвы и получать высокие и устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур, уменьшать забор чистой природной воды, рационально использовать водные ресурсы, исключить сброс в водоем недостаточно очищенных сточных вод.
Установление вредного воздействия на подземные воды должно осуществляться с обязательным учетом особенностей гидрогеологических условий. При этом должны учитываться следующие основные факторы:
- условия залегания и распространения водоносных горизонтов и слабопроницаемых и водоупорных пород, строение гидрогеологического разреза;
- литологический состав и строение водоносных, слабопроницаемых и водоупорных пород;
- фильтрационные, миграционные и емкостные параметры, определяющие закономерности движения подземных вод и перенос ими растворенных компонентов - коэффициенты фильтрации и т.д;
- физические свойства и химический состав подземных вод;
- характер уровенной (свободной или пьезометрической) поверхности; гидравлический характер водоносных горизонтов (напорный, безнапорный, напорно-безнапорный); строение, состав и мощность пород зоны аэрации;
- условия на внешних и внутренних границах водоносных горизонтах (условия питания и разгрузки подземных вод, включая характер их взаимосвязи с поверхностными водами).
Сельскохозяйственное освоение территории, включающее проведение оросительных мероприятий, может оказывать на подземные водные объекты следующее вредное влияние: подъем уровней подземных вод выше критических значений, вызывающий подтопление сельскохозяйственных земель, а также засоление почв при увеличении расхода подземных вод в связи с подъемом их уровня на испарение и транспирацию; загрязнение подземных вод, связанное с поступлением загрязняющих веществ с полей орошения сточными водами, из фильтрующих накопителей животноводческих комплексов, птицефабрик, ферм, а также с поступлением загрязняющих веществ с атмосферными осадками и оросительными водами с полей, обрабатываемых с применением пестицидов, химикатов и удобрений, содержащих токсичные вещества.
Основными нормируемыми показателями при обосновании сельскохозяйственного освоения территории являются: расход воды на орошение и качество используемых для этих целей вод, фильтрационные потери из накопительных емкостей, количество применяемых при обработке земель пестицидов, ядохимикатов, удобрений, объем дренажного стока. Эти показатели должны устанавливаться таким образом, чтобы при совместном действии процессов поступления вод в водоносные горизонты и дренажных сооружений уровень подземных вод не превышал установленные значения, а качество подземных вод позволяло использовать их по заданному назначению. При этом качество используемых для орошения сточных вод по химическим, микробиологическим и паразитологическим показателям должно отвечать требованиям СанПиИ 2.1.7.573-96 [48].
Имея в своем составе высокое содержание биогенных элементов и органических веществ, они создают серьезную угрозу загрязнения элементов окружающей среды, и в первую очередь, подземных и поверхностных вод. В то же время, основная масса загрязнений - это элементы почвенного плодородия, изъятые при выращивании кормов и для сохранения естественного круговорота веществ, гарантирующего экологическое благополучие территории, они должны возвращаться в почву в целях повышения ее плодородия. При этом почвенные микроорганизмы минерализуют органические загрязнения, а продукты минерализации используются растениями для формирования урожая.
Многие исследователи [72, 87, 155, 158] изучали возможность использования различных видов сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур, его влияния на продуктивность растений и изменение водно-физических свойств почвы. Никифорчук В.П., Еремеев Ю.Н., Гончаров В.А. установили, что в производственных условиях на Аксайских ЗПО урожай кормовых культур при орошении хозяйственно-бытовыми стоками в 2 раза больше, чем на богаре.
Нормирование загрязняющих веществ в навозных стоках при их использовании в качестве удобрений имеет принципиальные отличия от нормирования при их сбросе в природные водоемы, так как в почве загрязняющие вещества (биогенные элементы и органические примеси) подвергаются продолжительному воздействию почвенной микрофлоры, а продукты их минерализации используются растениями для формирования урожая.
Почвенно - климатические и гидрологические условия территории
Продукция с системы направляется на приготовления силоса, витаминной муки, сенажа, сена, которые используются для кормления, в основном, высокопродуктивного молочного стада и частично для скармливания свиньям.
В хозяйстве на полной площади ЗПО в 2002 году выращивались высокопродуктивные районированные культуры. Костер безостый прекрасно реагирует на полив сточными водами, при этом увеличивается облиственность и количество вегетационных побегов. В фазе цветения достигает высоты 140 -150 см. Пригоден к многоукосному использованию. На легких почвах выдерживает большие оросительные нормы, хорошо переносит вневегетационные поливы. Люцерна имеет большое агротехническое значение в севообороте. Она является лучшим предшественником для многих культур. Мощная корневая система глубоко проникает в почву, что положительно сказывается на ее водовпитывающей способности, улучшает водно-физические свойства. Расходуя большое количество воды из почвы люцерна предотвращает вторичное засоление орошаемых земель. Люцерна важное средство защиты почвы от ирригационной эрозии. В 2003 году эффективно использовались посевы зерносмеси. Кукуруза и сорго обеспечивает повышение сбора кормовых единиц на 15 %. В начале более эффективно растет кукуруза, которая полнее использует пищу и влагу, лучше затеняет почву, помогая сорго бороться с сорняками. Благодаря способности сорго сохранять листья и стебли сочными и зелеными до конца вегетации позволяют получать массу достаточно сочную для закладки качественного силоса. Лучшее по качеству сено от суданской травы можно получить в начале выметывания метелки, а зеленый корм - в начале выхода в трубку.
В 2004 году применялись высокопродуктивные посевы рапса - ценной кормовой культуры. Зеленная масса содержит 0,16 корм.ед. и 30-35 белка, это намного выше, чем в зерносмеси подсолнечника и кукурузы. Зерно смесь ячмень, овес и горох обеспечивают высокий урожай и также дают в зернофураже достаточное количество белка.
Почвенный покров представлен каштановыми почвами среднего и легкого механического состава с содержанием гумуса 0,8...1,4 %, содержанием азота и фосфора на уровне низкой, а калия средней обеспеченности. Почвы карбонатные, незаселенные, в виду легкого механического состава и обедненности гумусом, они имеют пониженную емкость катионного обмена (8... 12 мг - экв на 100 г. почвы). Почвы подстилаются средними и легкими грунтами с прослоями грунтов более тяжелого механического состава.
При нарушении режима использования стоков существует угроза загрязнения грунтовых вод и р. Тишанки. Особо опасными в экологическом отношении являются площади первой очереди системы утилизации 300 га (ЗПО-1), которые сложены полузакрепленными песками и непосредственно примыкают к гидрографической сети р. Тишанка.
Характеристика геологического строения и гидрогеологических условий территории приводится на основании тщательного изучения материалов строительства многочисленных, ранее пробуренных водозаборных и перехватывающих скважин у ЗПО-1.
В геологическом строении на глубину бурения скважин (75-85м) принимают участие неогеновые и четвертичные отложения (рис. 2).
Кровля неогеновых отложений залегает на глубине 30-40 м. Вверху они представлены пачкой глин мощностью 7-12 м, внизу разнозернистыми песками с прослоями глин мощностью около 30 м.
Выше залегают среднечетвертичные аллювиальные отложения III надпойменной террасы р. Дон. Внизу они сложены мелкозернистыми песками мощностью от 5 до 10 м, а выше по разрезу глинами с прослоями песков мощностью 15-25 м. Поверхность участка слагается современными эоловыми песками мощностью от 0 до 5-10 м.
Поливные нормы и динамика влажности почвы
При использовании сточных вод на земледельческих полях орошения поливной режим подразделяют на вегетационный и вневегетационный. По назначению он является удобрительно - увлажнительным.
Вегетационный разрабатывают так же, как и при орошении чистыми водами, однако учитывают следующее. Во-первых, на орошаемых пастбищах необходимо соблюдать санитарно-ветеринарные требования, согласно которым между поливом сточными водами и стравливанием должен быть карантинный срок в 15...21 дней. Во-вторых, нельзя превышать допустимые уровни концентраций загрязняющих веществ, входящих в состав стоков.
Во вневегетационный период обеспечивается главным образом поступление в почву питательных веществ со сточными водами, т.е. происходит по существу удобрительный полив, а также увлажнение почвы по типу влагозарядкового полива. Вневегетационный поливной режим определяется, во-первых, допустимыми годовыми нормами загрузки ЗПО сточными водами и, во-вторых, сроками вегетации и биологическими особенностями культур. Биологическое значение влагозарядковых поливов состоит в том, что корни сельскохозяйственных культур в процессе роста стремятся проникнуть в более влажные глубокие слои почвы, и поэтому растения получают глубокоукоренившимися и соответственно более засухоустойчивыми. Нормы влагозарядкового полива приняты на всех вариантах 500 м /га и проводились в конце сентября - 1 декаде октября.
Проведенные в конце сентября 2001 года влагозарядковые поливы нормой 500 м /га на всех вариантах опыта, а также большое количество выпавших осадков позволило оттянуть срок проведения первого полива до конца мая 2002 года. В целом поливы проводились равномерно, межполивной период составлял 15...26 дней, количество поливов - 6.
Самым влажным был 2002 год, так как коэффициент ГТК равен 1,2. Суше были последующие года исследований ГТК равен 0,8 0,9. В 2003 и 2004 годах для поддержания предполивного предела влажности почвы 75 % ИВ провели по 8 поливов.
Стоки вносились только в теплое время года (1 апреля - 31 октября). В зимний период стоки подаются в 3 секции накопителя общим объемом 630 тыс. м . Накопитель имеет пленочное противофильтрационное покрытие и крепление откосов сборным железобетоном. Внесение стоков на мерзлую почву и в период снеготаяния запрещается технологическим регламентом и не производится.
