Качественная оценка возможности использования сточных вод в Крыму при существующем уровне очистки Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 631.67.03

КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД В КРЫМУ ПРИ СУЩЕСТВУЮЩЕМ УРОВНЕ ОЧИСТКИ

11 2 Наталья Волкова , Роман Захаров , Светлана Подовалова

1 ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского», Академия строительства и архитектуры (структурное подразделение), Адрес: г. Симферополь, ул. Киевская, 181. E-mail: [email protected]; 2 ФГБУН „НИИСХ Крыма", Республика Крым, г. Симферополь, ул. Киевская, 150, E-mail: [email protected]

Аннотация. Усиление дефицита водных ресурсов в Крымском регионе вызывает необходимость использования дополнительных источников воды, наиболее стабильным из которых являются очищенные сточные воды. В мировой практике данная категория воды широко используется в сельском хозяйстве для целей орошения. На практике длительное использование очищенных сточных вод в орошаемом земледелии может привести к развитию процессов засоления и осолонцевания, поэтому воды данной категории, как и природные водные ресурсы, необходимо оценивать с точки зрения их ирригационного качества. По результатам проведенных исследований очищенные сточные воды, сбрасываемые с локальных очистных сооружений в округе г. Алушта и канализационных очистных сооружений г. Симферополя, относятся ко второму классу воды. Их использование необходимо сочетать с умеренным промывным режимом и проведением комплекса мелиоративных мероприятий.

Ключевые слова: очищенные сточные воды, очистные сооружения, качество оросительной воды, общее и хлоридное засоление.

Введение

В мировой практике давно используют очищенные сточные воды для целей орошения. Широкомасштабно данный процесс внедрен в Израиле, Иордании, Перу, Саудовской Аравии. Так в Израиле до 70% сточных вод повторно используется в сельском хозяйстве. Это полностью соответствует рекомендациям ООН для стран с ограниченными водными ресурсами [1].

Прекращение поставок днепровской воды на территорию Крымского региона привело к усилению дефицита водных ресурсов, а это в свою очередь сказалось на увеличении антропогенной нагрузки на местные водоисточники. Использование очищенных сточных вод в сельском хозяйстве Крыма с одной стороны может стать способом их утилизации, а с другой - экономить водные ресурсы. Однако экологическая и экономическая эффективность внедрения данного процесса напрямую зависит от качественных показателей очищенных сточных вод. Этот вопрос требует детальной проработки и исследования. В данной работе рассмотрена оценка пригодности очищенных сточных вод с точки зрения развития процессов засоления, осолонцевания на орошаемых массивах.

Анализ публикаций, материалов, методов

При рассмотрении вопроса о влиянии орошения очищенными сточными водами на состояние орошаемых массивов, а именно почвы, то хотелось бы отметить работы «Экологические

особенности орошения многолетних трав городскими сточными водами» Макарычева С.В., Алешиной Н.И. [2] и «Еколопчна оцшка тривалого використання мюьких спчних вод для зрошення кормових культурфiтоценозiв в умовах Донбасу» Баева В.Г. [3]. Эти исследования основаны на результатах длительного опыта использования очищенных сточных вод для целей орошения, которые в обоих случаях свидетельствуют о хоть и незначительном, но постепенном накоплении в почве сульфатов и хлоридов. Таким образом, при оценке пригодности очищенных сточных вод для целей орошения необходимо обратить особое внимание на исключении возможности развития на орошаемых массивах процесса засоления.

В Российской Федерации нет единой методики оценки пригодности воды для целей орошения. Этот вопрос до сих пор разрабатывается. Если говорить о последних исследованиях, то хотелось бы упомянуть работы: «Экологическая система нормирования качества оросительных вод для условий Калмыкии» [4], «Классификация оросительных вод Республики Башкортостан» [5], «Методические указания по совершенствованию технологий орошения и повышению эффективности использования местного стока для орошения земель сельскохозяйственного назначения» [6]. Согласно вышеуказанным источникам выделяют 4 класса ирригационного качества воды. Таким образом, нет однозначного решения, какая методика дает наиболее точный вариант оценки, а делается акцент

на то, что это зависит от большого числа факторов -химического состава воды, климатических и почвенных условий, рельефа.

Наиболее широко используемые методики с примерами расчета довольно полно изложены в «Практикуме по мелиорации сельскохозяйственных земель» Шуравилина А.В., Можайского Ю.А. [7]. Эти оценки основаны на использовании ирригационного коэффициента (щелочной коэффициент Стеблера), коэффициент ионного обмена (предложенного Н.Н. Антиповым-Каратаевым, Г.А. Кадером), натриевом адсорбционном отношении (SAR). Указанные подходы оценивают возможность развития процесса осолонцевания. Если говорить о более комплексной оценке, то необходимо упомянуть почвенно-мелиоративную классификацию оросительной воды, изложенную в [6, 8]. Именно этот подход был использован в данной работе для оценки ирригационного качества воды. Методика приведена в таблице 1.

Классы оросительной воды

характеризуются следующим образом:

- класс I - оросительная вода не оказывает неблагоприятного влияния на плодородие почв, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции, поверхностные и подземные воды. Не требуется ограничения состава сельскохозяйственных культур;

- класс II - оросительная вода не оказывает неблагоприятного влияния на качество сельскохозяйственной продукции, поверхностные и подземные воды. При недостаточной

снижение урожайности культур слабой солеустойчивости на 5... 10%. Для удаления лишних солей требуются умеренный промывной режим орошения при обеспеченной дренированости, специальный комплекс мелиоративных

мероприятий;

- класс III - оросительная вода оказывает неблагоприятное влияние на плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Урожайность культур слабой и средней солеустойчивости снижается на 10.25%. Без предварительной мелиорации воды и почв неизбежно развитие процессов засоления, натриевого и магниевого осолонцевания и содообразования. Необходимо регулирование рН оросительной воды, обогащение ее кальцием. Требуется промывной режим орошения при обеспеченной дренированности, интенсивность которого должна быть увязана со свойствами почв, ограничение состава сельскохозяйственных культур и специальный комплекс мелиоративных мероприятий;

- класс IV - оросительная вода оказывает неблагоприятное влияние на плодородие почв, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. Урожайность культур слабой и средней солеустойчивости снижается на 25.50%. Требуется мелиорация почв и воды. Вода непригодна без предварительного изменения ее качественного состава или без проведения специальных исследований влияния ее на качество сельскохозяйственной продукции, на плодородие почв и другие природные факторы.

дренированности возможно засоление почв,

Таблица 1.

Почвенно-мелиоративная классификация оросительных вод

Показатель Класс качества воды

I II III IV

Минерализация воды для орошения почв с тяжелым механическим составом и ППК>30 0,2...0,5 0,5...0,8 0,8...1,2 >1,2

со средним механическим составом и ППК=15.. .30 0,2...0,6 0,6...1,0 1,0...1,5 >1,5

с легким механическим составом и ППК<15 0,2...0,7 0,7...1,2 1,2...2,0 >2,0

Степень опасности развития процессов хлоридного засоления С1- <2,0 2,0...4,0 4,0...10,0 >10,0

натриевого осолонцевания №+/Са2+ <0,5 0,5...1,0 1,0...2,0 >2,0

магниевого осолонцевания Ыя2+/Са2+ <1,0 1,0...1,5 1,5...2,5 >2,5

содообразования (СОз2-+НСОз-) - (Са2++Ыя2+) <1,0 1,0...1,25 1,25...2,5 >2,5

Цель работы

Цель работы - оценить качество очищенных сточных вод на примере крупных и локальных очистных сооружений с точки зрения их последующего использования для целей орошения.

Методология - в данном исследовании раскрыта идея более рационального использования местных водных ресурсов и улучшение экологического состояния водных объектов посредством использования очищенных сточных вод для целей орошения, с акцентом на пригодность данной категории вод для указанных целей и учетом требований и норм, изложенных в:

- Водном кодексе Российской Федерации от 03.06.2006 N 74-ФЗ [9];

- ГОСТ 17.1.2.03-90 «Охрана природы критерии и показатели качества воды для орошения» [10];

- СанПиН 2.1.7.573-96 Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения [11];

- ГОСТ 17.4.3.04-85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения [12];

- СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» [13];

- ГН 2.1.5.1315-03 «ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» [14].

Оценка пригодности очищенных сточных вод для целей орошения проводилась для трех объектов: КОС г. Симферополь, локальные очистные сооружения вблизи п. Семидворье и с. Бондаренково.

Основной раздел

Для устойчивого социально-экономического развития Крымского региона в условиях усилившегося дефицита водных ресурсов необходимо использовать дополнительные источники воды. Авторы ряда статей, посвященных раскрытию вопроса водообеспечения Республики Крым [15-16], делают акцент на том, что подобным источником данного ресурса могут стать очищенные сточные воды.

В настоящее время данный вид ресурсов практически не используется, ниже на рисунке 1 приведена динамика сбросов и использования сточных вод за период с 2007 по 2015 гг. При этом необходимо отметить, что на протяжении последних 9 лет данная категория воды не применялись для целей орошения.

По ряду причин, среди которых можно отметить неудовлетворительное техническое состояние очистных сооружений и недостаточное канализование территории населенных пунктов Республики Крым, в поверхностные водные объекты сбрасывается много загрязняющих веществ, которые оказывают неблагоприятное влияние на экологическое состояние рек, озер, морей. Ниже на рисунке 2 приведена динамика поступления разных групп сточных вод, а на рисунке 3 - объемы солей,

сброшенные в поверхностные водоисточники в 20132014 гг.

Как видно из рисунка 3, преобладающими солями, сбрасываемыми вместе с водами данной категории, являются хлориды и сульфаты, хотя это относительно безвредные для флоры и фауны водоемов компоненты, но при использовании сточной воды для целей орошения, избыточное их содержание может привести к засолению орошаемых земель.

20а

Е

5 1оа

О 5а

0

ЭППЭ ?ГИГ> 7013 '

- ССрнцпв стп еса ♦ №пныомн етечиьк вод

Рис.1. Динамика сбросов и использования сточных вод за период с 2007 по 2015 гг.

Ъ МП

£(аю*>к

-керматнто -мстък Без

^достаточно С1 чищо-мI)I■

Рис.2. Динамика поступления различных категорий сточных вод в поверхностные водоприемники за 2007-2015 гг.

■40

35

_ 30

25

Л1

о 20

О

& 15

а

10

5

0

[Л

II

□ 2014 ■ 2015

нитраты нитриты фосфаты сульфаты хлориды За грязня юнце ве щёстеэ

Рис.3. Сбросы загрязняющих веществ со сточными водами в 2013-2014 гг.

На территории Республики Крым можно выделить две группы очистных сооружений: крупные, обслуживающие города и ряд населенных пунктов, и мелкие (локальные), установленные в отдаленных пансионатах, санаториях, небольших поселках. Ниже в таблице 2 приведены результаты отбора проб по локальным очистным сооружениям, расположенным в округе г. Алушта, а в таблице 3 -по очистным сооружениям г. Симферополь (отбор проб осуществлялся по трем точкам - 100 м до выпуска с КОС, напротив выпуска и 500 м ниже по течению р. Салгир). В таблицах 4 и 5 сведены итоги оценки ирригационного качества воды.

Таблица 2.

Результаты отбора проб на локальных очистных сооружениях округа г. Алушта

сухой остаток НСО3- С1- Са2+ Мм2+ К+ 8О42- да3-

Локальные очистные сооружения около п. Семидворье

до очистки:

мг/дм3 807 580 153 198 10 20 76 27 5,1

мг-экв/дм3 9,51 4,32 9,88 0,82 0,51 3,31 0,56 0,08

после очистки:

мг/дм3 700 350 92 156 42 15 58 39 38

мг-экв/дм3 5,74 2,59 7,78 3,46 0,38 2,52 0,81 0,61

Локальные очистные сооружения около с. Бондаренково

до очистки:

мг/дм3 705 549 102 132 29 17 73 23 5,8

мг-экв/дм3 9,00 2,88 6,59 2,39 0,43 3,17 0,48 0,08

после очистки:

мг/дм3 644 447 98 130 37 17 68 13 72,4

мг-экв/дм3 7,33 2,76 6,49 3,04 0,43 2,96 0,27 1,16

Таблица 3.

Результаты отбора проб в месте сброса с очистных сооружениях г. Симферополь

сухой остаток НСО3- С1- Са2+ Мм2+ К+ 8О42- да3-

100 м до КОС г. Симферополь (11.02.16):

мг/дм3 678 366 80 130 20 6 49 144 14,4

мг-экв/дм3 6,00 2,25 6,50 1,70 0,15 2,13 3,00 0,23

Напротив выпуска из КОС г. Симферополь (11.02.16):

мг/дм3 555 323 83 106 18 7,8 50 126 12,3

мг-экв/дм3 5,30 2,34 5,30 1,50 0,20 2,17 2,63 0,20

500 м ниже КОС г. Симферополь (11.02.16):

мг/дм3 551 317 83 106 18 8,8 53 117 12,6

мг-экв/дм3 5,20 2,34 5,30 1,50 0,23 2,30 2,44 0,20

500 м ниже КОС г. Симферополь (09.03.16):

мг/дм3 592 622 165 112 16 9 42 84 -

мг-экв/дм3 10,2 4,65 5,6 1,33 0,23 1,83 1,75 -

500 м ниже КОС г. Симферополь (29.05.16):

мг/дм3 596 280 57 160 24 8,3 47,5 40 27

мг-экв/дм3 4,60 1,60 8,00 2,00 0,21 2,06 0,83 0,43

Таблица 4.

Оценка пригодности очищенной сточной воды с локальных очистных сооружений округа г. Алушта для

целей орошения

Минерализация оросительной воды Степень опасности развития процессов

хлоридного засоления натриевого осолонце-вания магниевого осолонце-вания содо-образования

Локальные очистные сооружения близ п. Семидворье

до очистки III класс III класс I класс I класс I класс

после очистки II класс II класс I класс I класс I класс

Локальные очистные сооружения близ с. Бондаренково

до очистки II класс II класс I класс I класс I класс

после очистки II класс II класс I класс I класс I класс

Таблица 5.

Минерализация оросительной воды Степень опасности развития процессов

хлоридного засоления натриевого осолонцевания магниевого осолонцевания содообразования

100 м до КОС г. Симферополь (11.02.16)

II класс II класс I класс I класс I класс

Напротив выпуска из КОС г. Симферополь (11.02.16)

II класс II класс I класс I класс I класс

500 м ниже КОС г. Симферополь (11.02.16)

II класс II класс I класс I класс I класс

500 м ниже КОС г. Симферополь (09.03.16)

II класс III класс I класс I класс VI класс

500 м ниже КОС г. Симферополь (29.05.16)

II класс II класс I класс I класс I класс

орошения

Как видно из анализа таблицы 4, очищенные сточные воды локальных сооружений относятся ко второму классу качества воды, то есть их применение не окажет существенного негативного воздействия на почву и возделываемые сельскохозяйственные культуры. При

использовании данной воды необходимо соблюдение умеренного промывного режима при обеспеченной дренированности территории и проведение комплекса мелиоративных мероприятий:

- посев многолетних трав;

- глубокая зяблевая вспашка, предпосевное боронование и культивация, рыхление почвенной корки после поливов;

- внесение в почву требуемой нормы органических удобрений;

- гипсование солонцеватых почв и т. п.

Результаты таблицы 5 свидетельствуют о том, что сбросы с очистных сооружений г. Симферополь практически не влияют на ирригационный качественный состав воды, который классифицирован как 2, но в случае неполадок на сооружениях и как следствие залповых сбросов качество воды снижается до 4 класса, и тогда она становится фактически непригодной для целей орошения.

Выводы

На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- очищенные сточные воды в Республике Крым фактически не используются в настоящее время и, исходя из количественной составляющей (за последние 10 лет объем сточных вод, сбрасываемых в водные объекты составляет в среднем около 180 млн. м3), могут стать в перспективе дополнительным источником воды для целей орошения;

- исходя из химического состава, использование очищенных сточных вод в Республике Крым для целей орошения может привести к развитию процессов общего и хлоридного засоления орошаемых массивов;

- по выбранным пилот-объектам, в целом очищенные сточные воды можно охарактеризовать

как ограниченно пригодные. Использование ресурса данного источника не должно оказать неблагоприятного влияния на качество сельскохозяйственной продукции, поверхностные и подземные воды. При недостаточной дренированности возможно засоление почв, снижение урожайности культур слабой солеустойчивости на 5.10%. Для удаления лишних солей требуются умеренный промывной режим орошения при обеспеченной дренированости, специальный комплекс мелиоративных

мероприятий;

- при использовании очищенных сточных вод для орошения нужен постоянный контроль за качеством работы очистных сооружений, чтобы в случае сбоя иметь возможность предотвратить негативные для пользователей орошаемых земель последствия;

- для широкого внедрения использования данной категории вод в орошаемое земледелие необходимы обеспечение проведения ежегодных, а при необходимости и капитальных ремонтов на очистных сооружениях, модернизация оборудования, а в случае неудовлетворительного технического состояния всего сооружения - его реконструкция.

Список литературы

1. Доклад ООН о состоянии водных ресурсов мира «Вода для людей, вода для жизни» [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://unesdoc.unesco.org/images/0012/001295/129556r .pdf;

2. 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. 5357;

3. Баев В.Г. Еколопчна оцшка тривалого використання мюьких слчних вод для зрошення кормових культурфiтоценозiв в умовах Донбасу: автореф. дис.... канд. бюлог. наук: 24.04.1996/ Баев Володимир Георпевич, Дшпропетровськ, 1996. 15 с.;

4. Овчинников А. С. Экологическая система нормирования качества оросительных вод для условий Калмыкии/ А. С. Овчинников, И.Г. Плешакова, В.В. Бородычев, Э.Б. Дедова, М.А. Сазанов// Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - Волгоград, 2016. -№2 (42). - С. 14-26;

5. Ковшов Ю.А. Классификация оросительных вод Республики Башкортостан/ Ю.А. Ковшов. А.В. Комиссаров// Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - Самара, 2013. - Т.15. -№ 3-4. - С. 1311-1314;

6. Методические указания по совершенствованию технологий орошения и повышению эффективности использования местного стока для орошения земель сельскохозяйственного назначения. - Новочеркасск: ФГБНУ «РосНИИПИМ», 2015. - 147 с.;

7. Шуравилин А. В. Практикум по мелиорации сельскохозяйственных земель: учеб. пособие/ А. В. Шуравилин, Ю. А. Мажайский. - Рязань: изд-во РГАТУ, 2011. - 214 с.;

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

9. Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 N 74-ФЗ [Электронный ресурс] // Справочно-правовая система «Консультант Плюс». Версия Проф. - Последнее обновление 13.07.2015;

10. ГОСТ 17.1.2.03-90 Охрана природы критерии и показатели качества воды для

орошения. - Введ. 01.07.1991. - М.: Государственный комитет СССР по охране природы. - 10 с.

11. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для целей орошения и удобрения. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. - 54 с.;

12. ГОСТ 17.4.3.04-85 Охрана природы. Почвы. Общие требования к контролю и охране от загрязнения. - Введ. 01.07.1986. - М.: Стандартинформ. - 4 с.;

13. СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». - Введ. 01.01.2001. - М.: Минздрава России, 2000. - 10 с.;

14. ГН 2.1.5.1315-03 «ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» - Введ. 15.06.2003. - М.: Минздрава России, 2003. -152 с.;

15. Николаев Е.В. Основные направления решения проблемы орошения в Крыму/ Е.В. Николаев, Н.Г. Резник// Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. -Симферополь: КФУ им. Вернадского, 2015. -№2(165). - С. 47-53;

16. Захаров Р.Ю. Очищенные сточные воды как альтернативный источник наполнения прудов в Республике Крым / Р.Ю. Захаров, Н.Е. Волкова // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. - 2015. - №2. - С. 100-106.

Volkova N., Zakharov R., Podovalova S.

QUALITATIVE ASSESSMENT OF POSSIBILITY OF USE OF WASTE WATER IN THE CRIMEA AT THE CURRENT LEVEL OF TREATMENT

Summary. The increasing water scarcity in the Crimean region contributes to consider the possibility of using additional sources of water, the most stable of which are treated wastewater. In world practice, this category of water is widely used in agriculture for irrigation purposes. In practice, long-term use of treated wastewater in irrigated agriculture can lead to the development of the processes of salinization and solontsovaya, so the water in this category, as natural water resources, should be assessed from the point of view of their irrigation quality. The results of these studies treated waste water discharged from local sewage treatment plants in the district of Alushta and sewage treatment facilities in the city of Simferopol, belong to the second class of water. Their use should be combined with moderate flushing regime and the carrying out of a complex of meliorative actions.

Key words: treated wastewater, treatment plants, quality of irrigation water, chloride and total salinity.