CC BY
0Т.В. Ерёмина, д-р техн. наук, проф.
О.В. Ижунцов, аспирант, e-mail: izholeg@yandex Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 628.3 628.31 628.33 628.334
КОНЦЕПЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
СИСТЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Водные ресурсы являются составляющим элементом природного капитала, количество, качество и экономическая ценность которых во многом определяют условия функционирования отраслей национальной экономики, основы существования настоящих и будущих поколений.
Рост антропогенной нагрузки на агроэкосистемы, связанное с этим ухудшение качества воды и состояние водных объектов оказывают существенное влияние на результативность функционирования многоотраслевого водохозяйственного комплекса, значительно ограничивают масштабы развития водоемких отраслей экономики, ухудшают условия жизнедеятельности населения и его здоровье. Более того, расширяющиеся масштабы нерационального водопользования с учетом современного и перспективного развития на фоне ограниченности водных ресурсов порождают целый ряд экологических проблем.
В качестве концепции водопользования на различных этапах развития общества принимались безаварийность сооружений, водных объектов, максимальное удовлетворение требований водопо-требителей. В статье проведен анализ истощения водных ресурсов, а также представлена классификация примесей в сточных водах, способы и средства их извлечения.
Ключевые слова: сточные воды, деградация, экосистемный подход, экологизация.
T.V. Eryomina, Dr.Sc.Engineering, Prof.
O.V. Izhuntsov, P.G.
THE CONCEPT OF ECOLOGICALLY SAFE OPERATION OF WATER SYSTEMS
Water resources are the making element of the natural capital, quantity, quality and which economic value in many respects defines operating conditions of national economy's branches, an existence basis of the real and future generations.
The growth of anthropogenous load on agro ecosystems and the deterioration of water connected with it and condition of water objects have essential impact on productivity offunctioning of a diversified water management complex. It considerably limits scales of development of water capacious branches of economy, worsens conditions of the population's activity and health. Moreover, the extending scales of irrational water use taking into account modern and perspective development against limitation of water resources generate a number of environmental problems.
As the concepts of water use at various stages of society development were accepted such concepts as fail-safety of constructions, fail-safety of water objects, maximum satisfaction of requirements of water consumers. In the article the analysis of water resources' exhaustion is carried out, and also classification of impurity in sewage is presented; ways and means of their extraction.
Key words: sewage, degradation, ecosystem approach, greening.
Введение
Агропромышленный комплекс - это сфера деятельности человека, непосредственно связанная с использованием природных ресурсов и изменением параметров природной среды. Агропромышленное производство необходимо рассматривать как один из важнейших видов природопользования. Аграрное природопользование, основанное на использовании самовосстановительной способности природы и вложении интеллекта, труда человека в увеличение и улучшение ее воспроизводственных функций, определяет эффективность аграрного природопользования, зависит от природного и аграрно-экономического потенциала конкретных регионов, экологически безопасного и экономически оптимального использования земельных, водных, лесных, климатических, энергетических и материально-сырьевых ресурсов.
Анализ показывает, что одной из главных причин истощения водных ресурсов в ряде природно-экономических районов России являются водозатратная, экстенсивная технология использования воды и, соответственно, значительные объемы безвозвратного водопотребле-ния, которые в агропромышленном комплексе достигают 40, в орошаемом земледелии - 60% [1].
Экосистемный подход к водопользованию на животноводческих комплексах
Деградация водных экосистем, нарастание дефицита воды определяют необходимость формирования новых подходов к разработке концепции водопользования.
Представляется целесообразной переориентация деятельности в области использования и охраны вод на экосистемное водопользование, т.е. водохозяйственную деятельность, основанную на экосистемном принципе управления водопользованием в едином технологическом процессе, включающем потребление, использование и отведение воды с учетом экологических требований и ограничений по количественным и качественным показателям. Экосистем-ное водопользование подразумевает целостный подход к экологически обоснованному использованию водных, земельных и биологических ресурсов в пределах водосборного бассейна, ландшафта и ориентацию на предупреждение загрязнения водных экосистем. Экоси-стемный подход к водохозяйственной деятельности включает признание социальных, политических, экономических факторов в силу их конечного влияния на целостность и благополучие экосистемы водосборного бассейна и водной экосистемы, определяет необходимость нового уровня понимания проблемы водопользования и ответственности за решение сложных и взаимосвязанных проблем в водохозяйственной деятельности. Снижение безвозвратного водопо-требления и предупреждение загрязнения воды, почв, растений принимаются как основа любой водохозяйственной деятельности [2].
Переориентация водопользования на экосистемный подход отражает функции воды как важнейшего компонента биосферы, обладающего незаменимыми потребительскими свойствами. Координация землепользования и водохозяйственной деятельности в пределах водосборного бассейна - одно из важнейших условий экосистемного подхода. Если в пределах водосборного бассейна действуют различные субъекты агропромышленного комплекса, экоси-стемный подход предусматривает координацию их деятельности и интересов субъектов на основе оценки суммарного воздействия на экосистему водосборного бассейна и водную экосистему. Экосистемный подход предполагает экономическую оценку компонентов экосистемы и, в частности, воды и земли на новом уровне понимания экологической и потребительской значимости. Экономические принципы «потребитель платит» и «загрязнитель платит» в соответствии с экосистемным подходом ориентированы на побудительные мотивы, направленные на предотвращение загрязнения почв и водных экосистем в процессе производства продукции и технологии использования воды.
Одним из важнейших направлений реализации экосистемного водопользования на животноводческих комплексах является разработка научных основ и технологий.
Концепция экологически безопасного функционирования систем водопользования ориентирована на экологизацию использования водных, земельных и биологических ресурсов, снижение безвозвратного водопотребления, предупреждение загрязнения водных экосистем, почв, сельскохозяйственной продукции в процессе агропромышленного производства, водо-потребления и водоотведения [3].
Результаты исследования и их обсуждение
Состав сточных вод, сбрасываемых в водоемы, регламентирован «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», утвержденным Минздравом Российской Федерации. Наиболее характерными загрязнениями в очищенных стоках животноводческих комплексов являются взвешенные и биологически окисляемые вещества, выраженные через биохимическое потребление кислорода жидкости, аммонийные соли, нитраты. Допускается увеличение содержания взвешенных веществ на 0,25 мг/л в водоемах высшей категории водо-
пользования и на 0,75 мг/л в водоемах низшей категории водопользования. Допустимое биохимическое потребление кислорода (БПК) составляет 3.. .6 мг/л для водоемов санитарно-быто-вого пользования высшей и низшей категорий. Количество нитратов лимитируется и составляет 10 мг/л (по азоту). Содержание фосфатов не лимитируется (табл. 1 ). Оценивая влияние каждого из упомянутых факторов на необходимую степень разбавления, следует указать, что наибольшее разбавление требуется по показателю содержания взвешенных веществ и затем БПК для водоемов всех видов. Обеззараживание очищенной воды обеспечивается хлорированием с содержанием остаточного хлора после контактного резервуара в количестве 1,5 мг/л. При этом содержание палочек СаСЬ не должно превышать 1000 шт./л.
Таблица 1
Требования к воде, сбрасываемой в открытые водоемы
Показатели Значения
Взвешенные вещества, мг/л 0,25.0,75
Биохимическое потребление кислорода, мг/л 3.6
Нитраты (по азоту), мг/л 0,5.10
Фосфаты не лимитируется
Хлор, мг/л до 1,5
Палочки СаС1, шт./л до 1000
Производство сельскохозяйственной продукции на промышленной основе обусловливает выход огромных масс навозосодержащих стоков.
Концентрация примесей в жидкости, поступающей на биологическую очистку, колеблется в широких пределах и зависит от совершенства средств разделения навоза и режима их эксплуатации. Снижение концентрации сухого вещества в жидкости уменьшает энергетические затраты и время ее пребывания в процессе биологической очистки [4].
Исследования, проведенные на производственных аэротенках первой ступени очистных сооружений свинокомплексов, показали, что абсолютное содержание биомассы возрастает с увеличением концентрации ила. Однако относительное содержание биомассы (в % к сухому беззольному веществу ила) с увеличением концентрации уменьшается. Как следует из данных, представленных в таблице 2, эффект очистки (отношение количества потребляемого субстрата к его исходному содержанию, %) возрастает по мере увеличения концентрации ила в аэро-тенке, одновременно возрастает содержание ДНК в микрофлоре ила.
Большое значение, в особенности для комплексов, находящихся в непосредственной близости городов, курортных зон, имеет дезодорация навоза перед внесением на поля. Это обеспечивается биологической обработкой, при наличии полей орошения, оборудованных дренажом и работающих в режиме доочистки. Жидкий навоз подвергается разделению и биологической очистке до следующих параметров: содержание взвешенных веществ - 200...250, азота - 100...150 мг/л. Дренажная вода в этом случае доочищается до норм сброса в открытые водоемы или может использоваться повторно в хозяйстве.
Максимальное потребление субстрата наблюдалось при концентрации ила в аэротенке 7 г/л. При концентрации ила 6...8 г/л количество потребляемого субстрата было практически одинаковым и существенно превышало значения, полученные при концентрации ила 3,5 ...5,2 г/л. Результаты этих экспериментов доказывают целесообразность повышения концентрации ила в аэротенке 7 г/л.
Изучение влияния концентрации сухого вещества в стоке на активность ферментных систем показало, что оптимальное содержание сухого вещества в сточной жидкости находится в пределах 3,5...4,5 г/л. При концентрации сухого вещества в жидкости менее 3 г/л наблюдали лимитацию ферментативных систем субстрата, а более 4...4,5 г/л - ингибирование как активности уреазы, так и протеолитических ферментов. Для более точного определения предельно допустимой концентрации сухого вещества в стоках, поступающих в аэротенки, была исследована зависимость между скоростью окисления органических веществ и удельной нагрузкой на ил (рис. ).
& 7 9 11 13 15
Нагрузка на ил, мг ХПК/ч су хого вещества
Рисунок - Зависимость между скоростью окисления органических веществ и удельной нагрузкой на ил
Таким образом, оптимальная концентрация сухого вещества в стоке, поступающего на биологическую очистку, должна составлять в среднем 4 г/л, а концентрация активного ила в аэротенках первой ступени - 7 г/л.
Таблица 2
Потребление субстрата, содержание ДНК в микрофлоре и концентрация биомассы
в активном иле аэротенка
Концентрация ила, г сух. вещ./л Содержание ДНК мг/л Биомасса Потребление субстрата г ХПК/м3 сутки Скорость окисления
г сух. в-ва/л % к сух. веществу г ХПК/г сух. в-ва сутки г ХПК/г биомассы сутки
3,5 87 2,5 88 950 275 380
4,4 101 2,9 78 1100 250 380
5,0 113 3,2 75 1150 230 360
5,2 125 3,56 68 1300 250 365
6,0 141 4,02 66 1430 240 358
7,0 152 4,35 62 1520 218 350
7,9 160 4,64 63 1450 184 310
8,3 168 4,8 58 1440 173 300
Заключение
Широкий спектр загрязнений по химическому и дисперсному составу промышленных, городских бытовых сточных вод требует разработки сложных технологических линий их переработки и очистки, строительства дорогих очистных сооружений. Выбор технологического оборудования должен проводиться в соответствии с характером стоков, химического и дисперсного состава примесей. В связи с этим необходима элементарная классификация примесей как по химическому, так и по дисперсному составу. Классификация примесей по химическому составу вызывает определенные трудности. Стоки животноводческих комплексов содержат около 150 органоминеральных соединений, и определение их общих признаков не представляется возможным.
Библиография
1. Безднина С.Я. Концепция экологически безопасного функционирования систем водопользова-
ния в АПК // Методы и технологии комплексной мелиорации и экосистемного водопользования. - М.,
2006. - С. 132-149.
2. Концепция Федеральной целевой программы «Чистая вода» [Электронный ресурс]. - URL: http: //www.i- stroy.ru/docu/zakonoproektyi/kontseptsiya_federalnoy_tselevoy
3. Гуринович А. Современные стратегии повышения эффективности систем водоснабжения и во-доотведения населенных мест, сельскохозяйственного и промышленного производства [Электронный ресурс]. - URL: http ://www.nestor.minsk.by/sn/20 05/34/sn53408.html
4. Гришаев И.Д. [и др. ]. Обеззараживание навоза в крупных животноводческих комплексах // Ветеринария. - 1972. - № 3. - С. 34-36.
5. Михеев О.П. Проектирование санитарно-технических устройств зданий. - М.: Стройиздат, 1982. - 224 с.; ил.
Bibliography
1. Bezdnina S. Ya. The Concept of Environmentally Safe Operation of the Water Use Systems in Agriculture. // Methods and Techniques of Integrated Land Reclamation and Ecosystem of Water Use. Scientific publication. - M., 2006. - P. 132-149.
2. The Concept of the Federal Target Program "Clean water" [Electronic resource]. - URL: http: //www.i- stroy.ru/docu/zakonoproektyi/kontseptsiya_federalnoy_tselevoy
3. Gurinovich A. Modern Strategies for Effectiveness Improving of water supply systems and Sanitation of Settlements, Agricultural and Industrial Production [Electronic resource]. - Access mode: http ://www.nes-tor.minsk.by/sn/20 05/34/sn53408.html
4. Grishaev I.D. [et al.] Disinfection of Manure in Large Livestock Complexes // Veterinariya. - 1972. - N 3. - P. 34-36.
5. Mikheev O.P. Design of Sanitary Devices of buildings. - M.: Stroyizdat, 1982. - 224 p.; ill.
