Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологизация природопользования в г. Волжском и регионе
.pdf
Оросительные системы с использованием сточных вод (ранее
земледельческие поля орошения) коренным образом отличаются от полей
орошения и фильтрации. Для них характерны малые "голодные" нормы
орошения - в пределах 1500-4000 м3/га в зависимости от климатических
условий, характера почв и подстилающих грунтов. В весьма засушливых
районах они могут быть выше. Норма не должна превышать расхода воды на
испарение и транспирацию.
Одно из основных условий при обезвреживании сточных вод на ОССВ –
минимальное промачивание почвы с целью максимальной изоляции сточных
вод от подземных. Другое необходимое условие - специальная подготовка
сточных вод перед орошением. Как минимум, с этой целью практикуется
более или менее продолжительное выдерживание воды в отстойниках. Это
необходимо для осаждения из сточных вод твердых частиц и яиц гельминтов.
В ряде случаев считается целесообразным применять для орошения сточные
воды после их биологической очистки. Это несомненно целесообразно, но
при условии, что продукт предварительной очистки (ил) служит для
изготовления компоста, используемого для удобрения почвы. В таком случае
в почву наиболее полно будут возвращаться биогенные элементы, изъятые с
урожаем.
Важным условием является круглогодичное использование сточных вод
на ОССВ. Решение этой задачи в период вегетации не требует разъяснений.
Опыты А.И. Львовича (63, с.46) показали, что в некоторых случаях зимнее
орошение возможно и не лишено смысла. Тем не менее более
предпочтительно применение зимой специальных накопителей, из которых
сточная вода подается на поля орошения в течение теплой части года.
В целях повышения урожая кормовых культур для орошения
используются не только городские сточные воды, но и отходы
животноводческих хозяйств. По данным Н.Г.Андреева (64, с. 109) урожаи на
культурных пастбищах в лесной зоне без орошения составляют в среднем
3600 кормовых единиц (к.е.), а при орошении 7300 кормовых единиц, т.е. в 2
раза больше; в степной зоне - соответственно 1100 и 8000, т.е. в 7 раз больше.
В будущем урожаи можно повысить до 8000-12000 к.е. с гектара. Это
эквивалентно урожаю овса 8-12 т/га. Но такие урожаи зерновых вряд ли
возможны и в отдаленной перспективе. Отсюда следует, что продуктивность
орошаемых культурных пастбищ по кормовым единицам не менее чем в 2
раза выше, чем зерновых.
81
Рис.5. Схема обмена биогенных элементов, связанного с городским водоснабжением:
А - при сбросе сточных вод и водоемы;
Б - при использовании сточных вод для орошения без очистки;
В - при использовании сточных вод для орошения после очистки;
Г - при использовании сточных вод для орошения древесных пород
Все это позволяет рассматривать лугопастбищное хозяйство, интенсивно
применяющее орошение сточными водами, в качестве кормовой базы
животноводства индустриального типа как в ближайшее время, так и на
отдаленную перспективу.
В настоящее время в СНГ используется свыше 1,5 млн. га культурных
пастбищ. Они орошаются и удобряются преимущественно отходами
животноводства, разбавленными чистой водой. Потенциальные возможности
развития этой отрасли сельского хозяйства гораздо выше, особенно если
использовать для этой цели городские сточные воды. Для ОССВ можно
использовать сточные воды некоторых пищевых предприятий - консервных,
сахарных, крахмально-паточных, дрожжевых и т.д. Однако высокая
концентрация органических веществ и азота в сточных водах некоторых
82
предприятий пищевой промышленности и животноводческих хозяйств
требует предварительного разбавления их чистой водой.
Опыт эксплуатации ОССВ доказывает, что такой вид использования и
обезвреживания сточных вод гораздо выгоднее, чем их очистка с
последующим сбросом в реки и водоемы. Во-первых, сохраняется чистой
вода рек и водоемов и не требуется столь высоких затрат на ее подготовку
для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения. Во-вторых,
экономически выгодна очистка сточных вод на ОССВ с одновременным
развитием высокопродуктивного животноводства. В-третьих, ОССВ
позволяют уменьшить расходование минеральных удобрений. Наконец, едва
ли не наиболее важным в этом случае является прекращение
противоестественного загрязнения воды, которую мы пьем.
Почвенное обезвреживание сточных вод весьма эффективно, но это путь
не единственный. Целесообразно вторично использовать очищенные сточные
воды теми промышленными предприятиями, которые не нуждаются в совсем
чистой воде. К числу таких предприятий относятся и тепловые
электростанции. Они могут применять очищенные сточные воды для
охлаждения турбогенераторов.
Конечная цель указанных мер заключается в прекращении сброса
городских сточных вод, в том числе и очищенных в реки и водоемы. Это
один из наиболее реальных и экономически оправданных путей
предохранения водных источников от загрязнения на основе
профилактических принципов.
В отдаленном будущем вполне вероятна регенерация городских сточных
вод, их полное восстановление до состояния чистой природной воды. Такой
метод уже существует, но он пока применяется в небольших масштабах,
например, на космических кораблях и, как было показано, на примере одного
из городов в штате Невада в США. Развитие этого метода может послужить
основой для перестройки городского водоснабжения по принципу
замкнутого оборотного. Органические отходы таких фабрик регенерации
могут использоваться для поддержания плодородия почвы. В этом случае не
будет нарушаться обмен биогенных элементов. Он будет полностью
осуществляться при очистке городских сточных вод на полях орошения.
Следует однако подчеркнуть, что регенерация сточных вод в больших
масштабах пока представляет собой дело сложное и, по-видимому,
осуществимое в больших масштабах в отдаленном будущем.
5.4. Главные направления прогресса в деле охраны водных ресурсов.
В заключение следует отметить главные направления прогресса в деле
использования и охраны водных ресурсов в условиях будущего. Это прежде
всего необходимость переориентации охраны водных ресурсов на
профилактические принципы взамен борьбы с загрязнением после того, как
они спущены в реки и водоемы, где их устранение становится весьма
громоздким, практически неосуществимым.
83
Разделение промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод.
Причина таких затруднений заключается в том, что в сточных водах города,
смешанных со сточными водами промышленных предприятий, содержатся
десятки разных загрязнений, для освобождения от которых не существует
универсальных методов очистки. Поэтому городские сточные воды должны
быть отделены от промышленных. Осуществить такое разделение возможно
путем перевода промышленных сточных вод на локальную очистку.
Конечная цель заключается в переводе всех промышленных предприятий на
локальные принципы очистки или специальную "водоохранную"
технологию, в результате чего возможен постепенный переход на замкнутое
оборотное водоснабжение.
Тогда в канализации городов будут преобладать сточные воды
хозяйственно-бытового происхождения и отчасти предприятий пищевой
промышленности.
Содержащиеся в них биогенные элементы следует извлекать
микробиологическими методами и использовать для орошения кормовых
культур. В северных районах целесообразно применение орошения в виде
мелиоративных систем двойного действия.
Сточные воды, соответственным образом предварительно
подготовленные, иногда разбавленные чистой водой, представляют собой
ценный источник орошения в сочетании с удобрениями.
Мониторинг окружающей среды. Для изучения изложенных подходов к
эффективной охране водных ресурсов большое значение имеет мониторинг
окружающей среды и, прежде всего, ее водного компонента.
Мониторинг служит объективным средством слежения за состоянием вод,
степенью их загрязненности. Поскольку в настоящее время действует
система предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнений, поскольку
мониторинг позволяет осуществлять слежение за степенью загрязненности и
в необходимых случаях принимать меры, исключающие превышение ПДК.
По этим функциям мониторинга окружающей среды и ее водного
компонента большая работа проводится Государственным комитетом РФ по
гидрометеорологии и контролю окружающей среды. Проводится большое
количество анализов речных, озерных и подземных вод - до нескольких
десятков тысяч в год в 4000 пунктов наблюдений, расположенных на 1200
водных объектах. Ю.А. Израэль в своей книге (65, с.45) делит
общегосударственную систему службы наблюдений и контроля за уровнем
загрязнений окружающей среды на три крупных блока (подсистемы):
- контроль загрязнений в зонах возможного существенного
антропогенного воздействия,
- контроль загрязнений на региональном уровне,
- контроль загрязнений на фоновом уровне.
И.П. Герасимов расширил рамки мониторинга, рассматривая его как
систему наблюдения, контроля и управления состоянием окружающей среды.
Управление придает мониторингу активную роль и он выходит за рамки
84
наблюдения и контроля, которые необходимы, но непосредственно не могут
существенно влиять на борьбу с загрязнениями (66, с 141).
На оросительных системах, использующих сточные воды, мониторинг
включает исследования в экосистеме: сточная вода – почва – растение –
животный организм – грунтовые воды. Такой комплексный подход к вопросу
охраны окружающей природной среды позволяет обеспечивать безвредность
выращиваемой продукции, сохранение природной чистоты поверхностных и
грунтовых вод, а также эффективного плодородия почв на полях орошения
(67, с. 85).
85
Глава 6. Гигиеническое нормирование химических веществ в
сточных водах, используемых на орошение, и в почве полей орошения.
6.1. Теоретические принципы гигиенического регламентирования
вредных веществ в системе сточные воды – почва – растение –
животный организм.
Экспериментальное обоснование гигиенических нормативов,
ограничивающих загрязнение окружающей среды, было начато советскими
гигиенистами.
В процессе разработки методологических основ гигиенического
нормирования определился ряд научных направлений, отражающих
специфику нормирования факторов в отдельных объектах внешней среды:
воздухе рабочей зоны, атмосфере населенных мест, воде, пищевых
продуктах, почве (68-71).
В настоящее время санитарное законодательство СНГ охватывает ПДК
более 800 веществ в воздухе рабочей зоны, 160 веществ в атмосфере
населенных мест, 649 веществ в воде водоемов санитарно-бытового
пользования, 70 веществ, поступающих в почву.
Комплексный подход к гигиеническому нормированию базируется,
прежде всего, на знании путей воздействия фактора на организм человека
или внешнюю среду.
Токсичные (вредные) вещества, выделяемые в процессе
производственной деятельности с газообразными, жидкими и твердыми
отходами, поступают в атмосферу, водоемы, почву, растительные и
животные организмы.
Отсюда в процессе обмена веществ они могут поступать с вдыхаемым
воздухом, водой и пищевыми продуктами в организм человека. При этом
особую роль играют такие биологические цепи, как почва – растение –
животное – человек, в которых токсичные вещества могут накапливаться.
Ввиду наличия общего конечного звена всех указанных цепей –
человека – требуется нормирование поступлений вредных веществ в
организм через все контактные среды.
В то же время наличие общего источника загрязнения – отходов
производства (или коммунальных) ставит вопрос о необходимости
нормирования и поступления токсичных веществ во внешнюю среду.
Для расчета предельно допустимой дозы (ПДД) вещества при пути
поступления вводится коэффициент (К) запаса или безопасности,
характеризующий кратность уменьшения ПД, установленной в хронических
опытах на животных до уровня, рекомендуемого для человека:
ПДД = ПД/К
Определение ПД вещества и правильный выбор К запаса – чрезвычайно
важная и ответственная задача.
86
Для определения предельно допустимых поступлений (ПДП) токсичных
веществ в организм из отдельных в каждом конкретном случае сред
необходимы сведения о распределении и содержании их в этих средах.
Так, если долевое поступление данного вещества в организм с воздухом
принять за П
этом П
возд
+ (П
перечисленных сред будет следующим: ПДП
: с водой – за П
возд
вод
+ П
) х вс = 1), то ПДП данного вещества в организм из
пищ
; а с пищевыми продуктами – за П
вод
= ПДП
возд
пищ
* П
пищ
(при
пищ
.
Исходя из ПДП вещества в организм из отдельных сред и среднего
потребления (Р) человеком воздуха, воды и пищевых продуктов, можно
рассчитать ПДК этого же вещества в каждой среде:
ПДК
ПДК
ПДК
= ПДП
возд
= ПДП
вод
= ПДП
пищ
возд
вод
пищ
/ Р
/ Р
/ Р
возд
вод
пищ
;
;
.
Аналогичный подход может быть применен и к нормированию в условиях
орошения сточными водами в системе: сточные воды – почва – растение –
животный организм – организм человека.
В частности, в методических разработках секции гигиены почвы Общей и
Коммунальной Гигиены им. акад. А.Н. Сысина за основу определения
допустимых концентраций химических веществ в почве при техногенном их
загрязнении принято определение миграции вещества в контактирующие
среды: атмосферный воздух (миграционный воздушный показатель
вредности), грунтовые (подземные) воды (миграционный водный показатель
вредности), растение (транслокационный показатель вредности) и влияние на
самоочищающую способность почвы (общесанитарный показатель
вредности). Предельно допустимая концентрация вещества в почве
устанавливается по наименьшей концентрации с учетом перечисленных
лимитирующих показателей вредности [72].
Интересные разработки по вопросу определения допустимых
концентраций отдельных ингредиентов в оросительных сточных водах
проведены в Харьковском сельскохозяйственном институте под
руководством профессора А. М. Можейко. Согласно разработанной А. М.
Можейко теории, основным критерием при установлении допустимой
концентрации токсического вещества в оросительной воде является влияние
его на рост, развитие и урожай сельскохозяйственных культур. Исследования
в этом направлении рекомендовано проводить в системе: вегетационный
опыт — лизиметрический опыт — лабораторно-полевой опыт [73].
Пользуясь этой теорией, М.Ф. Буданов [74] установил предельно
допустимую концентрацию фенола в сточных водах, используемых для
орошения черноземных почв Донбасса, 100 мг/л для зерновых и 50 мг/л для
огородных культур; В.П. Пономарев [75] — 200 мг/л фенола для условий
Донбасса. Для серых оподзоленных легкосуглинистых почв С.И. Репетун
установил допустимую концентрацию фенолов в оросительной воде 50 мг/л,
а капролактама — для картофеля 250 мг/л и для зерновых 500 мг/л [75].
87
Допустимой концентрацией цианидов и роданидов в сточных водах,
используемых на орошение среднесуглинистых черноземов Донбасса, С.И.
Репетун [76] считает концентрацию 2...5 мг/л.
На основании полученных данных было отмечено, что превышение
допустимых пределов содержания органических веществ в поливных водах
обычно приводит к угнетению растений, выражающемуся в снижении темпов
роста и уменьшении урожая. Поэтому рост и развитие растений можно
считать интегральным показателем наличия или отсутствия отрицательного
влияния на биологические процессы как в растениях, так и в почве.
Однако для обеспечения экологически чистой продукции растениеводства
при установлении допустимого содержания различных загрязнений в
поливной воде необходимо принимать во внимание сроки окончательного
разложения их в почве и растениях или так называемые сроки
биохимического распада. Кроме того, как это показано в ряде лабораторнополевых опытов, на мелких делянках [77-78] следует изучать не только
динамику веществ во времени, но и проводить исследования по
биологической активности почвы и по качеству урожая
сельскохозяйственных культур. Эти исследования должны быть
комплексными с учетом трех критериев:
1. Влияние на рост, развитие и урожай сельскохозяйственных культур.
2. Влияние на самоочищающую способность почвы.
3. Сроки биохимического распада веществ в почве и растениях.
С учетом этих критериев определены допустимые концентрации в
поливных сточных водах в мг/л: формальдегида – 100, ацетальдегида – 100,
метанола – 200, нефтепродуктов, экстрагируемых четыреххлористым
углеродом – 200, акролеина – 25, капролактама – 500, диметилдиоксана –
100.
6.2. Гигиеническое регламентирование органических веществ на
примере альдегидов.
Использование на орошение сточных вод, содержащих альдегиды,
вызывает опасность загрязнения грунтовых вод и почвы, а также
возможность снижения урожая и ухудшения качества сельскохозяйственной
продукции.
Это вызывает необходимость и обусловливает актуальность
гигиенического нормирования содержания альдегидов как в сточных водах,
используемых на орошение, так и в почве полей орошения.
С целью определения предельно допустимых концентраций альдегидов
в сточных водах и в почве полей орошения была проведена серия полевых,
лабораторных и лизиметрических опытов с поливами водными растворами
альдегидов в концентрациях от 100 до 500 мг/л. При этом изучалось влияние
сточных вод, содержащих формальдегид и ацетальдегид, на рост, развитие,
урожай сельскохозяйственных культур, биологическую активность почвы,
почвенный микробиоценоз, процессы самоочищения почвы, определялись
88
сроки биохимического распада веществ в почве и растениях, проводились
Показатели
Единица
измерения
Категории сточных вод
Сточные воды
завода СК
Сточные воды
завода ОС
Условно-
чистые
сточные воды
(поливные)
1
2 3 4
5
pH
мг-экв/л
8,57
6,90
7,86
HCO
3
-
>>
2,50
1,04
2,01
CO
3
2-
>>
5,00
9,50
5,06
SO
4
2-
>>
48,20
19,17
4,82
Ca
2+
>>
3,20
5,40
3,333
Mg
2+
>>
1,70
2,97
1,74
Na+ >>
50,87
10,95
6,81
Взвешенные вещества
>>
252
294
156
Плотный остаток
>>
6018
20337
958
Прокаленный остаток
>>
4121
15055
738
ХПК
>>
12313
3384
37
БПК
20
>>
4257
2008
10
Нефтепродукты
>>
0,2 - 8
Формальдегид
>>
1306
219
2,1
Метанол
>>
778
28
1,1
Диметилдиоксин
>>
72 - Отс.
Сера общая
>>
-
2789
22,8
Сера органическая
>>
-
1427
-
Сероуглерод
>>
-
Отс.
Отс.
санитарно-токсикологические эксперименты на животных.
Альдегиды (формальдегид и ацетальдегид) используются на
предприятиях органического синтеза (ОС) в качестве сырья в производстве
акрилового альдегида (акролеина). В состав химически загрязненной
канализации Волжского завода органического синтеза формальдегид входит
в количестве 200 мг/л, а общий сброс этого вещества заводом составляет 60
кг/сут., ацетальдегид — соответственно 200 мг/л и 300 кг/сутки.
Кроме того, формалин (35...40% водный раствор формальдегида)
используется в производстве синтетического каучука (СК) и отходы его
сбрасываются Волжским заводом синтетического каучука в сточные воды
химически загрязненной канализации в количестве около 5000 кг/сут.
Химически загрязненные сточные воды заводов ОС и СК
непосредственно на орошение не используются, но при аварийном
положении альдегиды могут попадать в условно-чистые сточные воды,
которые непосредственно используются для полива на полях орошения в
совхозах "Химик" и "Волгоградский" на площади 5600 га. Химический
состав указанных категорий сточных вод приводится в таблице 13, а
суточное количество сбрасываемых специфических ингредиентов в сточные
воды в таблице 14.
Таблица 13
Химический состав сточных вод Волжского промрайона (среднемноголетние за
1965…1985 гг. данные)
89
Показатели
Единица
измерения
Категории сточных вод
Сточные воды
завода СК
Сточные воды
завода ОС
Условно-
чистые
сточные воды
(поливные)
Сероводород
>>
-
Отс.
Отс.
Цианиды + роданиды
>> - 0,9
Следы
Металмеркаптан
>>
-
Отс.
Отс.
Метионин
>>
-
980
-
Изопропилксантогенат
калия
>>
-
0,40
Отс.
Анилин
>>
-
0,05
Отс.
Азот аммонийный
>>
14,7
194
5,4
Азот нитратный
>>
0,6
0,9
0,2
Азот нитритный
>>
0,3
0,2
Отс.
P2O5 >>
0,24
0,03
0,20
Zn
2+
>>
-
0,04
Отс.
Fe
3+
>> - 0,1
Отс.
Cr
3+
>>
отс.
Отс.
Отс.
Cu
2+
>>
отс.
Отс.
Отс.
Примечание: Прочерк означает, что компоненты не определялись, так как по
Ингредиенты
Категории стоков
Сточные воды
завода СВ
Сточные воды
завода СВ
Условно-чистые
стоки (поливные)
Формальдегид
5000
60
147
Метанол
2790
84
77
Метионин - 4116
отс.
Сера общая
-
11714
1596
Сера органическая
-
5993
отс.
Нефтепродукты
1,24
42
560
Анилин - 0,04
отс.
Сероуглерод
-
1,26
отс.
Цианиды - 0,42
отс.
Диметилдиоксан
446
-
отс.
регламентам технологии они не могут содержаться в стоках.
ПДК в воздухе населенных мест составляет для формальдегида =0,012
мг/м3, в воде водоемов – 0,5 мг/л, для ацетальдегида – 0,01 мг/м3 и 0,2 мг/л
соответственно.
В поверхностном 20-см слое почвы полей орошения обнаруживаются
количества формальдегида от 0,03 до 0,05 мг/кг а.с. почвы, в почве
контрольного района в этом же слое от 0.01 до 0.03 мг/кг а.с. почвы;
ацетальдегида обнаружено от 0,01 до 0,08 мг/кг и от 0.01 до 0.03 мг/кг а.с
почвы соответственно (проанализировано 50 проб).
Таблица 14
Суммарный сброс различных ингредиентов в сточные воды Волжского промузла
по среднемноголетним данным 1965…1985 гг. (кг/сут)
В растениях, выращенных на полях орошения, альдегиды
обнаруживаются обычно в количествах, не превышающих естественного
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]