CC BY
20
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УТИЛИЗАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИВОМ
ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ
И.В. Гордин, д-р техн. наук, профессор, гл. науч. сотр. А.В. Чередниченко, мл. науч. сотр. Институт программных систем РАН (Россия, г. Переславль-Залесский)
DOI:10.24412/2500-1000-2021-5-2-15-18
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект №19-010-00096
Аннотация: статья дает характеристику эффективности полива лесонасаждений недоочищенными сточными водами. Эта технология одновременно решает проблему защиты природной гидросферы и проблему дефицита водных ресурсов. Главным ирригационным резервом являются хозяйственно-бытовые сточные воды. Освещается опыт их использования в различных странах мира для полива лесонасаждений. Приводятся результаты отечественных экспериментов ирригационного использования в лесном хозяйстве промышленных стоков.
Ключевые слова: экономика природопользования, загрязнение гидросферы, утилизация сточных вод, ирригация, эколого-экономическая эффективность.
Перегрузка природной гидросферы производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами является одной из главных составляющих экологического кризиса [1]. Среди других технологий для утилизации сточных вод давно и успешно применяется их древесная эвапо-транспирация. Биомеханизм эвапотранс-пирации растений широко используется для биодренажа переувлажненных территорий. Широко применяемыми гигрофитами в средней полосе являются: береза, поглощающая воду до 200 л/сут, тополь -до 250, ива - 270, ясень - 400, дуб (вековой) до - 600 л/сут. Широко используются и декоративные кустарники: спирея Ван-гутта - до 80, скумпия кожевенная - до 350 л/сут. Несмотря на эти технологические возможности, использование недо-очищенных сточных вод в ирригации не расширяется [2]. Здесь есть и санитарно-гигиенические ограничения, и чисто психологические барьеры. Санитарно-гигиенические (т.е. объективные) ограничения резко ослабевают при переходе к орошению кормовых и технических культур на ЗПО (земледельческие поля орошения). Еще лояльнее санитарно-гигиеническая регламентация относится к
утилизации сточных вод в поливе лесонасаждений. При удалении ирригационных систем от городских лесопарков к загородным лесным массивам ПДК начинают диктовать уже не санитарно-гигиенические факторы, а агротехнические. При этом во всех случаях исключается режим полива сточными водами, не прошедшими хотя бы начальные стадии очистки (механической, биохимической) на очистных сооружениях. При соблюдении всех этих условий возникающие ирригационные резервы становятся эффективным средством увеличения биоразнообразия ландшафтов [3].
В условиях обострения экологических проблем все чаще задействуется такой резерв их преодоления как кооперация лесного хозяйства и ЖКХ в сфере утилизации сточных вод малых поселений. С одной стороны, лесные массивы выступают фильтром и биореактором очистки стока, эвапотранспиратором избыточной влаги. С другой - орошение сточными водами обеспечивает озеленение территорий.
Полив зеленых насаждений очищенными сточными водами широко распространен в США, Израиле, Латинской Америке, Австралии, средиземноморских и арабских
странах, Северной Африке и Индии. Стоки используют для орошения парков, уличных газонов, площадок для гольфа, придорожных зеленых полос. Полив осуществляют как внутрипочвенно, с помощью сети подземных оросителей, так и поверхностно - автоцистернами, поливочными машинами.
Традиционное внимание ко всем аспектам и резервам озеленения характерно для центральной Европы. Казалось бы, здесь уже давно и всесторонне исследована роль лесопарков в оздоровлении населения. Но ученые находят все новые аргументы. Так, в Германии в 2020 г. проведено оригинальное исследование, доказавшее, что проживание в непосредственной близости к лесопарковым массивам предотвращает депрессию. Проведено исследование с участием около 10 тыс. жителей Лейпцига. Вопреки обычной практике, психологи решили не полагаться на опрос участников об их самочувствии. Вместо этого они проанализировали статистику по частоте выписывания антидепрессантов, и проследили связь между количеством рецептов и локализацией аптек. Как оказалось, горожане, которые проживают на расстоянии до 100 метров от парков, скверов и садов, значительно реже обращались за антидепрессантами. В немецких городах и сельских поселениях функционирует отлаженная система использования очищенных сточных вод для ирригации. Для нашей практики особо интересен опыт стран, освоивших эти технологии сравнительно недавно.
Так, в Венгрии в лесной ирригации утилизируются сточные воды канализованных поселений с численностью до 2000 человек. При этом создана государственная система поощрения и субсидирования муниципалитетов, берущих на себя необходимые работы. Обычно эта задача решается в связке с другими инициативами местных жителей по благоустройству поселения. На первой стадии технологического процесса по обезвреживанию общепоселкового стока обычно используются мусоро-сборные решётки и отстойники. Затем механически очищенная вода поступает в ирригационную систему. Метеорологиче-
ская специфика Венгрии позволяет осуществлять полив круглогодично с перерывами не более, чем на 1-2 недели сильных морозов. Образующиеся наледи успевают просочиться в корневые слои до следующих заморозков под влиянием оттепелей и возобновления подачи «тёплого» стока из прудов-отстойников.
В последние годы в Венгрии распространяется опыт замены традиционных посадок тополя на более эффективные посадки ивы. Если тополь утилизирует за год каждым гектаром посадок 300-500 кг азота, то специально выведенная культура ивы утилизирует азота в два раза больше. При этом, конечно, надо учитывать, что часть азота уходит в атмосферу, а часть в грунтовые воды. Ива отличается и более высоким производством древесной биомассы. Уже после первого года после высадки саженцев, достигающих высоты 3-4 м в процессе рубок ухода можно заготавливать 8-10 тонн/га год сухой древесины. Через 3-4 года и высоте деревьев до 8 м, можно заготавливать 20-40 тонн/га год сухой древесины. Венгерский опыт примечателен оптимальным взаимодействием некоммерческих организаций и местного населения с административными органами.
Естественно, что на севере Европы утилизация поселковых стоков лесопосадками реализуется и с меньшими нормами полива, и с меньшим выходом деловой древесины. Рассмотрим для примера систему утилизации сточных вод поселения Каге-род (Швеция) с населением 1500 человек. Первая стадия очистки сточных вод - осаждение в отстойниках с добавлением коагулянта. Затем седиментировавшие стоки поступают на плантацию площадью 13 га с посадками ивы. Плантация поделена на участки площадью 1-3 га со своей системой регулирования полива затоплением по полосам. Интенсивность орошения 6 мм/сут, среднегодовая эвапотранспира-ция 4 мм/сут, удельная биогенная нагрузка 7-10 кг/га фосфора и 40-70 кг/га нитратов, в грунтовых водах выдержаны ПДК по биогенным веществам и другим антропогенным примесям исходного стока. Сезон полива длится 7 месяцев в году, остальное
время сточные воды направляются в биопруды на рельефе местности. Прирост древесины (по сухому веществу) составляет 10-13 тонн/га год. Ива и другие лиственные породы утилизируются, как топливо. В Швеции также применяется и полив сточными водами дорогостоящих хвойных пород (сосны и ели). При этом наблюдается удвоение естественного древесного прироста, что полностью окупает затраты на создание ирригационной системы. В большинстве случаев хвойные посадки решают проблемы утилизации сточных вод только очень небольших поселений из-за низких норм орошения (в сравнении с лиственными породами).
Ирригационная ценность сточных вод резко нарастает на юге Европы. В Испании 79,2% всех повторно используемых сточных вод утилизируется именно в земледелии (включая орошение оливковых плантаций), 8,1% в озеленительном благоустройстве городов (включая полив дре-весно-кустарниковых насаждений), 6% в орошении полей для гольфа. И только 0,7% - в промышленности.
Ценный опыт утилизации сточных вод орошением лесопосадок накоплен и в южных регионах РФ. Остановимся на рассмотрении результатов наших экспериментов, проведённых в Волгоградской области при создании Волго-Ахтубинской замкнутой системы аграрно-
промышленного водопользования. Эксперименты интересны тем, что для орошения лесопосадок использованы производственные сточные воды химкомплекса.
Для утилизации 20 тыс.м3/сут минерализованных и загрязненных токсичной органикой сточных вод на основе натуральных агротехнических экспериментов разработан проект специальных лесонасаждений на площади 750 га. Лесные массивы представляют собой 5 изолированных друг от друга участков, расположенных вокруг пруда-испарителя. Площадь участков колеблется от 40 до 330 га. Все они разбиты на 30 кварталов с учетом коллекторно-дренажной сети, оросителей и дорог. При этом стремились к идеальному кварталу 500х500 м площадью 25 га. Из-за неправильных естественных конфигураций
участков и различных уклонов местности получались участки с минимальной площадью 12 га, максимальной 43 га.
Солонцы и солонцеватые почвы на участках распределены среди светло-каштановых почв, образуя солонцовые «пятна». Общая площадь почвенных комплексов с содержанием солонцов до 25% составляет 258 га, в диапазоне 30-50% -344 га, выше 50% - 148 га. Солонцы на участках карбонатные, глубокогипсовые. По глубине залегания верхнего горизонта солей в основном солончаковатые и солончаковые. Учитывая высокую химическую загрязненность поливных вод, большое внимание было уделено специальным мелиорациям. Мелиорация солонцовых почв направлялась на уменьшение содержания в поглощающем комплексе обменного натрия, улучшение химических и водно-физических свойств почв и создание высокоплодородного корнеобитаемого почвенного слоя. Исходя из химических, физико-химических свойств местных солонцов, для повышения их плодородия предусматривалась комплексная мелиорация, которая включала трехъярусную вспашку на глубину до 40 см с последующим рыхлением подпахотного горизонта до 80 см с целью мобилизации кальциевых солей почвы, промывку почвы с внесением гипса. На почвенных комплексах с содержанием солонцов до 25% вносили гипса 7,4 т/га, а с количеством солонцов свыше 25% - 13,4 т/га. Кальций гипса вытеснял поглощенный натрий, который в виде сульфата натрия вымывался водой, и тем самым улучшал физические и химические свойства почвы. В солонцы богатые калием, вносили азотные и фосфорные удобрения из расчета 120 кг/га. Роль мелиоранта, кроме гипса, выполняли фосфогипс, гли-ногипс, отходы угольной промышленности.
При подборе древесных и кустарниковых пород учитывалось соответствие биологических свойств пород лесомелиоративным особенностям участков, а также опыт выращивания лесонасаждений в Нижнем Поволжье. В результате исследований выбран оптимальный ассортимент древесных и кустарниковых пород, разра-
ботана специальная технологическая схема посадки тополей и кустарниковых ив. Средняя плотность посадок 3500 стволов на га. Практически все лесопосадки выполнены на общественных началах местным населением.
На сегодня оптимальным фронтом некоммерческого сектора в использовании лесонасаждений в роли очистных соору-
ные поселения, в окрестности которых создаются специальные лесопосадки, утилизирующие хозяйственно-бытовые сточные воды. Это опыт Венгрии, где такие задачи водоотведения часто решаются силами населения под руководством некоммерческих организаций экологического профиля и при активном государственном субсидировании.
жений являются небольшие канализован-
Библиографический список
1. Рюмина Е.В. Экологические издержки экономики. - М.: Изд-во МБА, 2011. - 111 с.
2. Новые финансовые механизмы сохранения биоразнообразия // К итогам Проекта ГЭФ «Сохранение биоразнообразия в Российской Федерации / Гусев А.А., Моткин Г.А., Рюмина Е.В., Тишков А.А. и др. - М.: НИЦ «Экопроект», 2002. - 204 с.
3. Финансовые источники, механизмы сохранения биоразнообразия в России и международный рынок экосистемных услуг / Анализ и методические рекомендации / Гурман В.И., Гусев А.А., Львов Д.С., Моткин Г.А., Рюмина Е.В. и др. М.: Изд-во НТВ-Дизайн, 2002. - 48 с.
EFFICIENCY OF WASTEWATER UTILIZATION BY IRRIGATION OF PLANTED
FORESTS
I.V. Gordin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Scientific Officer A.V. Cherednichenko, Junior Research Officer Institute of Software Systems RAS (Russia, Pereslavl-Zalessky)
Abstract. The article describes the efficiency of irrigation of forest stands with wastewater. This technology simultaneously solves the problem of protecting the natural hydrosphere and the problem of water scarcity. The main irrigation reserve is domestic wastewater. The experience of their use in various countries of the world is highlighted, mainly for canalized rural settlements. The results of experiments on the irrigation use of industrial effluents in forestry are also presented.
Keywords: environmental economics, hydrosphere pollution, wastewater disposal, irrigation, environmental and economic efficiency.
