Очистка сточных вод. Поля орошения

Поля орошения предназначены одновременно для очистки и утилизации сточных вод, как источника влаги и питательных веществ, при выращивании сельскохозяйственных культур.

Природные почвы, особенно на пахотных землях, заселены различной микрофлорой, способной в процессе питания разрушать, минерализовать и нитрифицировать органические вещества. Во время орошения микрофлора полей дополнительно обогащается значительным количеством микроорганизмов, которые вносятся со сточными водами. Эти микроорганизмы энергично размножаются, так как сточные воды беспрерывно доставляют питательные вещества, увлажняют и согревают почву. Благодаря этому даже "мертвые" почвы под влиянием орошения сточными водами превращаются в плодородные. Попадая в почву, микроорганизмы адсорбируются, размножаются и образуют вокруг каждой структурной частицы сплошную биологическую пленку. На поверхности этой пленки в свою очередь адсорбируются и в процессе жизнедеятельности микроорганизмов минерализуются растворимые органические вещества сточных вод.

Для успешного течения биологической очистки на полях орошения наиболее важными являются два фактора:

1) соблюдение аэробных условий процесса за счет кислорода воздуха, содержащегося в порах почвы;

2) соответствие количества сточной воды, подаваемой на поля, способности почвы к минерализации. Количество сточной воды, подаваемой одномоментно на поля, должно соответствовать влагоемкости почвы, которая выражается общим объемом заполненных воздухом пор почвы.

Расчетная гидравлическая нагрузка сточных вод на поля орошения выражается в кубических метрах сточной воды на 1 га поля в сутки. Она изменяется, согласно СНиП 2.04.03-85, в зависимости от фильтрующей способности почвы. Для полей орошения, кроме того, оросительная норма сточных вод ограничивается интересами вегетации растений. Дыхание корневой системы не может происходить в условиях чрезмерной влажности, поэтому нагрузку на поля орошения уменьшают вдвое по сравнению с полями фильтрации.

В зависимости от характера почвы (легкие суглинки, супески, пески), температурных условий и уровня залегания грунтовых вод от поверхности земли эти нормы нагрузки могут составлять соответственно от 55 до 100 м3/га, от 80 до 150 м3/га и от 120 до 250 м3/га.

В районах, где среднегодовое количество атмосферных осадков колеблется от 50 до 700 мм, гидравлическая нагрузка на поля снижается на 15-20%; свыше 70 мм, а также для I и IIIА климатического региона - на 25-30%. При этом больший процент снижения нагрузки следует принимать на легких суглинистых, а меньший на песчаных почвах.

Иногда площадь полей орошения (фильтрации) проверяют на намораживание сточных вод. Продолжительность его рассчитывают, исходя из количества дней в году со среднесуточной температурой воздуха ниже -10 °С. Условия фильтрации сточных вод в этом случае определяются с учетом коэффициента снижения величины фильтрации в период намораживания. Для легких суглинков этот коэффициент составляет 0,3, для супесков - 0,48, для песков - 0,55.

Поля орошения (фильтрации) разбивают на карты. Площадь одной карты при механизированной обработке поля должна быть не менее 1,5 га. В каждом случае размеры оросительных карт определяют в зависимости от рельефа местности, общей рабочей площади полей, способа обработки. Отношение ширины карты к ее длине должно составлять от 1:2 до 1:4. При соответствующем обосновании длину карт можно увеличить.

Площадь резервных карт обосновывают в каждом отдельном случае. Она не должна превышать полезной площади полей фильтрации, которые проектируются в III-IV климатическом районе, на 10%, во II - на 20% и в I - на 25%.

Размеры полей орошения (фильтрации) увеличиваются дополнительно для устройства сетей, дорог, ограждающих валков, зеленых насаждений из расчета до 25% общей площади полей фильтрации свыше 100 га и до 35% - 1000 га и менее.

При полях орошения (фильтрации) нужно предусмотреть устройство душевой, помещений для высушивания спецодежды, отдыха, приема пищи персоналом. На каждые 75-100 га площади полей следует предусмотреть помещения для обогрева персонала, обслуживающего поля фильтрации.

Благодаря опыту эксплуатации (устройства в 30-х годах XX ст.) полей орошения на черноземах Харькова, Магнитогорска, по данным научных агрохимических исследований, была установлена пригодность этих почв для полной биологической очистки сточных вод.

Вместе с тем следует отметить, что со времени появления в нашей стране первых полей орошения сточными водами, значительные изменения произошли и в методах первичной подготовки воды и способах ее применения. В 60-х годах XX ст. значительно возросли требования к охране окружающей среды, особенно поверхностных водоемов, от загрязнения сточными водами. Из-за этого стала обязательной предварительная биохимическая очистка хозяйственно-бытовых сточных вод искусственными методами. Орошение сельскохозяйственных угодий биологически очищенными сточными водами начали рассматривать как метод доочистки (третичной) биологически очищенных сточных вод.

Для расширения масштабов применения методов очистки бытовых и промышленных (производственных) сточных вод в почве разработаны различные методы их первичной подготовки. Выбор таких методов, по мнению многих исследователей, определяется начальным качеством сточных вод, способом орошения почвы, климатическими условиями, уровнем залегания грунтовых вод и другими факторами.

Кроме предварительной подготовки сточных вод, разработаны и усовершенствованы методы их применения, начиная с полной заливки земельных угодий водами, орошение при помощи борозд, дождевания, наконец, подпочвенного орошения.

Со всех способов орошения наиболее приемлемым и безопасным в эпиде-милогическом, санитарно-гигиеническом, агроэкономическом и водохозяйственном аспекте является подпочвенное орошение. При применении подпочвенного орошения соблюдается эпидемиологическая безопасность выращиваемых растений, уменьшается загрязнение поверхностных водоемов соединениями азота и фосфора. Благодаря этому устраняется эвтрофикация поверхностных водоемов, улучшается их санитарное состояние.

Используя почвенные методы очистки бытовых и промышленных сточных вод, прежде всего учитывают гигиенические показания, качество сточных вод, почвенно-климатические условия и экономические расчеты. Целесообразность орошения сточными водами сельскохозяйственных угодий определяется специализацией сельскохозяйственного производства и среднегодовым количеством атмосферных осадков на данной территории.

В Украине рекомендованы оросительные нормы основных сельскохозяйственных культур (разработанные при нашем участии) ведомственным нормативным документом Государственного комитета Украины водного хозяйства "ВНД 33-3.3-01-98. Переработка городских сточных вод и использование их для орошения кормовых и технических культур". В зависимости от погодных условий, потребности растений, для предотвращения гидравлической связи с грунтовыми и межпластовыми водами и предупреждения их загрязнения, оросительные нормы для городских биологически очищенных сточных вод не должны превышать 250-300 м³/га. В засушливый период рекомендованные в Украине нормы орошения для разного вида культур колеблются от 800-1000 до 2400-3000 м³/га в условиях лесостепи и от 700 до 7000 м³/га - южной степи.

Влияние биологически очищенных сточных вод на санитарное состояние почвы и процессы ее самоочищения в условиях орошаемого земледелия нами изучено в различных климатогеографических регионах Украины - Киевской, Харьковской, Донецкой области, Крыму. Исследования показали, что орошение почв Крымского региона биологически очищенными городскими сточными водами при соблюдении оросительной нормы 3500 м3/га в год, не приводит к нарушению процессов самоочищения и значительному микробному загрязнению почвы сельскохозяйственных угодий. Количество санитарно-показа-тельных микроорганизмов, отсутствие в исследуемых пробах почвы жизнеспособных яиц геогельминтов и сальмонелл на фоне низких титров выделенных кишечных вирусов, позволили оценить санитарное состояние орошаемых массивов как удовлетворительное.

Дополнительное удобрение сельскохозяйственных угодий минеральными удобрениями активизирует процессы самоочищения почвы от органических веществ, вносимых с биологически очищенными сточными водами.

В то же время использование с этой целью животноводческого навоза и осадка сточных вод на богарных и орошаемых сельскохозяйственных угодиях, способствует увеличению бактериального загрязнения почвы при орошении биологически очищенными сточными водами. Сказанное свидетельствует о необходимости дополнительного обеззараживания животноводческого навоза и осадка сточных вод перед использованием их в качестве удобрения.