CC BY
48
Естественные и математические науки в современном мире № 11-12 (35), 2015 г.____________________________
СибАК
www.sibac.info
6.4. ГЕОЭКОЛОГИЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД В ПРОИЗВОДСТВЕ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР
Имангазинова Жемисжан Саттыбековна
магистр,
Жетысуского государственного университета им. И. Жансугурова,
Республика Казахстан, г. Талдыкорган
Мукашева Данагуль Мадияровна
магистр,
Жетысуского государственного университета им. И. Жансугурова,
Республика Казахстан, г. Талдыкорган
Джетимов Мырзабай Айтмуханович
старший преподаватель, Жетысуского государственного университета им. И. Жансугурова,
Республика Казахстан, г. Талдыкорган Е-mail: make. d 61@mail.ru
THE USE OF WASTEWATER IN THE PRODUCTION OF FODDER CROPS
Zhemiszhan Imangazinova
master, Zhetysu State University named after I. Zhansugurov3, Republic of Kazakhstan, Taldykorgan
Danagul Mykasheva
master, Zhetysu State University named after I. Zhansugurov3, Republic of Kazakhstan, Taldykorgan
Myrzabay Jetimov
senior Teacher, Zhetysu State University named after I. Zhansugurov3,
Republic of Kazakhstan, Taldykorgan
207
www.sibac.mto
Естественные и математические науки в современном мире __________________________________№ 11-12 (35), 2015 г.
АННОТАЦИЯ
Орошение сточными водами — комплексное мероприятие, направленное на доочистку стоков, повышение плодородия почв, получение стабильных ресурсов и оздоровления экологии региона. Утилизация осадков сточных вод и использование их в качестве органоминерального удобрения является актуальной проблемой городов. Полученные результаты исследования позволят сделать вывод об экономической безопасности и экономической целесообразности использования городских сточных вод для орошения кормовых, технических и лесных культур, при этом одновременно решается ряд задач: исключается необходимость хранения и повышается
плодородие почв.
ABSTRACT
Sewage irrigation is a complex measure directed on afterpurification of sewages, increase of soils fertility, obtaining of stable resources and improvement the ecology of the region. Utilization of sewages sludge and its usage as organic-mineral fertilizer is thought to be an urgent problem of the cities. The received results of the research will allow to make a conclusion about economic security and economic reasonability of using city sewage waters for irrigation of forage, technical and forest cultures, a number of problems is solved at the same time: the need of storage is excluded and fertility of soils increases.
Ключевые слова: утилизация; транслокация; кормовые культуры; тяжелые металлы; концентрация; почва.
Keywords: utilization; translocation; feed crops; heavy metals; concentration; soil.
Введение
Установлено, что для орошения могут быть использованы хозяйственные бытовые стоки, сточные воды пищевой промышленности (сахарная, крахмальная, гидроизоляция) и стоки
животноводческих комплексов. Для оптимального решения вопросов сельскохозяйственного использования сточных вод и охраны водных обьектов от загрязнения мы предлагаем рассматривать размещение сточных вод как систему мероприятий по очистке, использованию, а также регулированному сбросу стоков с целью обеспечения охраны водных источников от загрязнения [6].
В результате очистки бытовых сточных вод образуются осадки. Одним из способов утилизации осадков сточных вод является использование их в качестве органоминерального удобрения, при этом
208
Естественные и математические науки в современном мире № 11-12 (35), 2015 г__________________
одновременно решается ряд задач: исключается необходимость
хранения и повышается плодородие почв. Применение осадков сточных вод возможно при условии, что не будет происходить загрязнение почвы вредными веществами. Основой оценки опасности загрязнения почв, используемых для выращивания сельскохозяйственных растений, является транслокационный показатель вредности, являющийся важнейшим показателем при обосновании предельно допустимой концентраций (ПДК) химических веществ в почве. Это обусловлено тем, что:
• с продуктами питания растительного происхождения в организм человека поступает в среднем 70 % вредных химических веществ;
• уровень транслокации определяется уровнем накопления токсикантов в продуктах питания, влияющих на их качество.
Существующая разница допустимых уровней содержания химических веществ по различным показателям вредности [4; 7] и основные положения дифференциальной оценки степени опасности загрязненных почв позволяет также дать рекомендации по практическому использованию загрязненных территорий, а также определить объем и высоту осадков, который допустимо использовать в качестве удобрения при рекультивации сероземно-луговых почв.
Методы исследования
Исходя из равномерного смешения осадков с плодородным слоем почвы уравнение материального баланса, имеет вид [3-5; 8; 7]:
Сф ■ М + Сос ' m = Ссм ' (М + m), (1)
где: Сф - фоновая концентрация i-ого вещества, мг/кг почвы;
М - масса плодородного слоя почвы, т;
Сос- концентрация i-ого вещества в осадке, мг/кг почвы;
m - масса осадка, кг;
Ссм- концентрация i-ого вещества в почве после смешивания ее с осадком, мг/кг почвы;
Для того, чтобы осадок можно было использовать в качестве удобрений, необходимо соблюдение следующего основного условия [3-5; 8]:
Ссм < ПДК, (2)
где ПДК - предельно допустимая концентрация i-ого вещества, мг/кг почвы.
СибАК
www.sibac.info
209
Естественные и математические науки в современном мире _____________________________№ 11-12 (35), 2015 г.
Объем W (м3) и массы М (т) плодородного слоя почвы на участке определяется по формулам:
WWW.
W = HxS, (3)
М = WxrH , (4)
где: Н - мощность почвенного слоя, м;
S - площадь объекта рекультивации, м2; ёос - плотность почвы, т/м3.
Масса осадка т, подлежащего размещению на участке, определяется из уравнения материального баланса [3; 5; 8; 7]:
Ш=М.(Ссм- Сф)/Сос-Ссм, (5)
Объем осадка V, предназначенный для утилизации на участке, составит, м3:
У=ш/ёос ,
(6)
где ёос - плотность осадка, т/м3
Высота осадка будет равна, м:
H = V/S, (7)
Результаты исследований
В решении проблем загрязнения водных ресурсов Или-Балхашского бассейна большая роль отводится разработке целенаправленного использования их на земледельческих полях орошения в современных социально-экономических условиях. Данная проблема обусловила проведение исследований по целенаправленному и эффективному использованию сточных вод г. Алматы в производстве кормовых культур, получении экологически чистой продукции, направленных на повышение плодородия почв, обеспечивающих высокую эффективность земледельческих полей орошения.
Целью исследования, является использование сточных вод г. Алматы для орошения кормовых культур и оценка качества воды, почвы, выращенной с\х продукции.
Объектом исследований, являются сточные воды г. Алматы, кормовые культуры, почвы и грунтовые воды. Для оценки качества почвогрунтов, грунтовой воды и биохимического состава растений в лабораторных условиях определялись (N, P,K), а также тяжелые
210
Естественные и математические науки в современном мире № 11-12 (35), 2015 г____________________
металлы (Zn, Cu, Fe, Ca,Cr, Pb и другие) в соответствии ГОСТом, инструкциям Госстандарта, методиками технического контроля работы очистных сооружений ГОСТ 18963-73 [3-5; 8; 7]. Осадок, образовавшийся при очистке бытовых сточных вод, содержит медь в концентрации Сос=12,5 г/м3. Плотность осадка ёос равна 1,2 т/м3. Почвенный слой участка представлен сероземно-луговыми почвами суглинистого механического состава мощностью Н = 0,2 м
и плотностью ёос =1,45 т/м3. Фоновая концентрация меди в почве по данным санитарно-эпидемиологической службы (СЭС) Сф = 0,3 мг/кг почвы. Площадь опытного участка - 0,5 га [3; 5; 7; 8].
Объем и масса плодородного слоя почвы на участке площадью S = 0,5 га (5000 м2) составят:
W = H*S = 0,2 х5000 = 1000 м3;
М = Wx ёос = 1000x1,45 = 1450 т.
Чтобы осадок сточных вод использовать в качестве удобрений, концентрация меди в почве после смешивания ее с осадком не должна превышать ПДК.
СибАК
www.sibac.info
Ссм = ПДК^ = 3,0 мг/кг почвы.
Для расчета массы осадка концентрацию осадков сточных вод необходимо перевести из г/м3 в мг/кг почвы:
Сос =^с/ =12,5/1,2=10,42 г/т=10,42 мг/кг почвы;
Масса осадка т, подлежащего размещению на участке равна:
m=М.(Ссм- Сф)/Сос-Ссм=1450(3-0,3)/10,42-3=527,6 т;
V=m/ ёос =527.6/1.2=439.7 м3;
при этом высота осадка будет равна, м:
h=V/S=439.7/5000=0.088 м.
Необходимо определить объем и высоту осадка для всех загрязняющих элементов, содержащихся в осадке, и выбрать такой объем V и высоту h, при которых не будет происходить загрязнение почвы. Данные приведены в табличном виде (таблица 1).
211
212
Таблица 1.
Объел! и высота осадка для всех загрязняющих элементов (Н=0.2м)
Загряз- няющих элементов Плотность осадка dot г т/м* Площадь S, га Масса плодо- родного слоя почвы, М.т Содержание в осадке, Сос. mt/w Фоновое содержание сФ, МГ/13- Конпеи-траплн /-ого вещества, tv МГ^КГ Масса осадки П1,КГ Объем осад кв, V,m3 Высота осадки, м
Медь 1.2 0,5 1450 10.42 0.3 3 527.6 439.7 0.088
Фтор 1.2 0.5 1450 6.7 0.1 1 228.9 190,8 0,038
Марганец 1.2 0.5 1450 13.3 0.5 2 192.5 160.4 0,032
Фосфор 1.2 0.5 1450 12.5 3 5 386.7 322.2 0.064
Нитраты 1.2 0,5 1450 2.75 1.5 2 966.7 805.5 0,161
Свинец 1.2 0.5 1450 0.028 0.015 0,010 725 604,2 0,120
Взве- шенные вещества 1.2 0.5 1450 0.6 0.30 0.35 241,7 201.4 0.040
О
I j ^
й s
Естественные и математические науки в современном мире № 11-12 (35), 2015 г___________________
Результаты гигиенических исследований загрязненных почв позволяют оценить степень опасности загрязнения вредными веществами по уровню их возможного воздействия на системы «почва-растение», «почвы-микроорганизмы, биологическая активность», «почвы-грунтовые воды», «почва-атмосферный воздух» и непосредственно -на здоровье человека. С гигиенической позиции, опасность загрязнения почвы определяется уровнем возможного ее отрицательного влияния на контактирующие среды, пищевые продукты и непосредственно на людей, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. ПДК химических веществ в почве являются основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почв вредными веществами.
Для оценки загрязнения опасности почвы выбор химических веществ - показателей загрязнения проводится с учетом:
• специфики источников загрязнения, определяющих комплекс химических элементов, участвующих в загрязнении почв изучаемого региона;
• приоритетности загрязнителей в соответствии со списком ПДК химических веществ в почве и их классов опасности;
• характера землепользования.
Если нет возможности учесть весь комплекс химических веществ, загрязняющих почву, оценку проводят по наиболее токсичным веществам, то есть относящихся к наиболее высокому классу опасности.
При отсутствии в документации класса опасности химических веществ, приоритетных для почв исследуемого района, класс опасности J может быть определен по следующей формуле [3-5; 8; 7]:
J = lg AS/ а М(ПДК) = lg 64 ■ 1,535/58,5 ■ (0,575) ■ 0,01=2,46, (8)
где: А - атомный вес соответствующего элемента;
S - растворимость в воде химического соединения, мг / л;
М - молекулярная масса химического соединения, в которое входит данный элемент;
а - среднее арифметическое из шести ПДК химических веществ в разных пищевых продуктах (мясо, рыба, фрукты, молоко, хлеб, овощи). Следовательно, изученные почвы относятся при значения индекса от 0,1 до 2,5-к мало опасным (Зкласс опасности). При оценке опасности загрязнения почв химическими веществами следует учитывать следующее:
СибАК
www.sibac.info
213
Естественные и математические науки в современном мире __________________________№ 11-12 (35), 2015 г.
• опасность загрязнения тем больше, чем выше фактические уровни содержания контролируемых веществ в почве по сравнению с ПДК;
• опасность загрязнения тем больше, чем выше класс опасности контролируемых веществ;
• буферность почвы, влияющую на подвижность химических элементов, что определяет их воздействие на контактирующие среды.
Оценка уровня химического загрязнения почв, как индикаторов неблагоприятного воздействия на здоровье населения, проводится по показателям, разработанным при сопряженных геохимических и геогигиенических исследованиях окружающей среды городов. Такими показателями являются: коэффициент концентрации
химического вещества (Кс), который определяется отнесением его реального содержания в почве (С) к фоновому (Сф):
WWW.
Кс = С/Сф,
(9)
По формуле (9) находим коэффициенты концентрации загрязняющих веществ:
Кс.е = 10,42/0,3 = 34,7; Kc.Mg = 6,7/0,1 = 67; Кс.?. = 13.3/0.5 = 26.6
Суммарный показатель загрязнения Z0, равный сумме
коэффициентов концентраций химических элементов [1; 3; 5]:
(10)
Где n - число суммируемых элементов.
По формуле (10) суммарный показатель загрязнения равен:
Zc = (34.7 + 67 + 26.6) - (3-1) = 126.3
Почвы опытного участка загрязнены фтором, марганцем и фосфором, содержание подвижных форм которого составляет 126,3. На основании таблицы 1, почва должна быть отнесена к категории «опасное» загрязнения, т. к. уровень содержания фтора, марганца и фосфора превышает допустимые уровни содержания этих элементов по всем показателям вредности: транслокационному, миграционному, водному и общесанитарному. Такая почва может быть использована только под технические культуры или полностью исключена из сельскохозяйственного использования.
214
Естественные и математические науки в современном мире № 11-12 (35), 2015 г____________________
Оценка опасности загрязнения почв комплексом металлов по показателю Zc, отражающему дифференциацию загрязнения воздушного бассейна городов как металлами, так и другими наиболее распространенными ингредиентами (пыль, оксид углерода, оксиды азота), проводится по оценочной шкале, приведенной в таблице 2 [4; 3; 2]. Градации оценочной шкалы разработаны на основе изучения показателей состояния здоровья населения, проживающего на территории с различным уровнем загрязнения почв. Микроэлементы тяжелых металлов анализировались в сточных водах у вододелителя, Сорбулака и тупиковом канале по 16 ингредиентам. Сопоставление полученных значений [1; 2; 9] с критериями ПДК показывают, что по всему спектру микроэлементов сточные воды накопителя пригодны для орошения и не вызовут при этом отрицательных экологических последствий. За период исследований 2010-2013 гг. из 16 ингредиентов мышьяк, молибден, титан и ртуть в сточных водах Сорбулака не обнаружены. А такие элементы как никель обнаружены в 5 пробах, кадмий - в 3, кобальт - в 1 пробе с содержанием их в пределах значительно ниже уровней ПДК [10-11]. Остальные ингредиенты, которые часто встречаются в сточных водах, представлены в таблице 2.
Тяжелые металлы из воды, почвы через трофическую цепь поступают в растения, а затем потребляются животными и человеком. Поэтому ни один жизненный процесс в организме растений, животных не может совершаться без участия воды, и ни одна его клетка не может обойтись без водной среды [2].
СибАК
www.sibac.info
Таблица 2.
Содержание микроэлементов в выращенной продукции при орошении сточной водой
Культуры Годы Микроэлементы, мг/кг сухого вещества
Zn Fe Cd Cu Cr Ni Pb Co
Кукуруза 2010 13,45 - 0,06 1,10 - - 0,40 -
2011 8,49 40,90 0,15 2,18 0,55 0,61 0,21 0,29
2013 8,35 30,25 0,04 0,11 0,11 1,20 0,86 0,24
Подсолнечник 2010 13,10 - 0,23 12,97 - - 4,80 -
2011 16,39 57,50 0,25 10,66 0,89 1,91 3,35 0,64
2013 16,69 40,52 0,06 13,46 0,98 1,57 2,11 0,52
Суданская трава 2010 12,60 - 0,26 2,13 - - 0,90 -
2011 15,94 51,20 0,14 2,87 0,80 0,82 0,22 0,50
2013 7,94 25,44 0,06 0,64 0,87 0,49 0,91 0,08
Люцерна 2011 7,00 29,01 0,09 5,02 0,79 1,08 1,17 0,49
2013 8,07 30,56 0,08 5,61 0,87 1,19 1,86 0,50
215
www.sibac.mto
Естественные и математические науки в современном мире __________________________________№ 11-12 (35), 2015 г.
Обсуждение
Обеспечение растений доброкачественной водой является одним из условий успешного развития сельскохозяйственного производства. Также процесс доочистки стоков на земледельческих полях орошения (ЗПО) должен заменить технологии, страдающие для доочистки отдельных ингредиентов, как правило, дорогостоящих и малоэффективных.
Таким образом, орошение сточными водами - комплексное мероприятие, направленное на доочистку стоков, повышение плодородия почв, получение стабильных ресурсов и оздоровления экологии региона. Полученные результаты позволяют сделать вывод об экономической безопасности и экономической целесообразности использования городских сточных вод для орошения кормовых, технических и лесных культур на юге и юге-востоке Казахстана.
Процесс почвенной доочистки эффективнее протекает в условиях теплого климата, легких почв, глубокого залегания грунтовых вод и высокого удельного веса в севообороте многолетних трав. Эти факторы позволяют увеличить нагрузки сточных вод на ЗПО.
Список литературы:
1. ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве» (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 19 января 2006 г.).
2. Естаев К.А. Выращивание экологически чистой кормовой продукции при использовании сточных вод г. Алматы //Автореф. канд. сельскохоз. наук. Алматы, 2005, - 27 с.
3. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами, М., ИМГРЭ, 1982.
4. Мустафаев Ж.С., Сейтказиев А.С., Анафин М.Ш. Мелиортативный комплекс на орошаемых землях Казахстана. Алма-Ата. 1992. - 32 с.
5. Оценка степени загрязнения почв химическими веществами. - Ч. 1. Тяжелые металлы и пестициды. - М.: Минприроды РФ, 1982.
6. Сейтказиев А.С., Цой В.Н. Водоохранные мероприятия на земледельческих полях орошения// Международн. научно-практ. конф. (2021 октября); Тараз, 2005, - C. 275-278.
7. Сейтказиев А.С., Джетимов М.А., Байзакова А.Е., Музбаева К.М. Экологическая оценка продуктивности улучшения засоленных земель в пустынных зонах республики Казахстан Тараз. 2011. - 274 с.
8. Сейтказиев А.С., Тайчибеков А., Сейтказиева К.А. Methods of Salt and Alkaline Soils Improvement in Zhambylsk Region// European Researcher, 2013,Vol.(64), - №12-1, - С. 2768-2773.
216
Естественные и математические науки в современном мире
№ 11-12 (35), 2015 г_________________________
9. Сейтказиев А.С., Музбаева К.М., Салыбаев С.Ж. Моделирование водносолевого и теплового режимов деградировенных почв. Тараз. 2011. - 356 с.
10. Сейтказиев А.С., Буданцев К.Л. Моделирование водно-солевого режима почв на засоленных землях //Межвузовский сб.научн.трудов по гидротехническому специальному строительству.. Москва. 2002. - С. 72-79.
11. Сейтказинов А.С., Джетимов М.А., Байзакова А.Е. Результаты промывок сероземно-луговых почв в условиях хлоридно-сульфатного засоления. Materialy 7 mezinarodni vedecko-prakticka conference., Praha, 2011, 13-17.
СибАК
www.sibac.info
217
