Глава 8 САНИТАРНО-ПАРАЗИТОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТОЧНЫХ ВОД

-------------------------------------- - , ■—~;^.— --------------------------------------------------------------------------------- 1—■- ji.. ..,-. .,'I f .,..•;■; '-f>.':''c^..

B последнее десятилетие в России, Украине, Германии, Польше, Франции, Индии и других странах широкое распространение получает сельскохозяйственное использование сточных вод и их осадков на так называемых оросительных системах с использованием сточных вод. Оросительные системы с использованием сточных вод (OCCB) — комплекс экологически безопасных природоохранных сооружений, предназначенных для естественной биологической доочистки сточных вод и их использования в целях повышения продуктивности земельных угодий, защиты поверхностных водоисточников, почвы и подземных вод от загрязнения [Овцов Л.П. и др., 1997].

B России площадь их в 1996 г. составила 300 000 га. Крупные оросительные системы размещены в Украине, Казахстане, Азербайджане, Узбекистане, Молдове и Литве. Например, в Киевской области находится одна из наиболее крупных в Европе Бортничская оросительная система (БОС), площадь которой составляет 23,4 тыс. га. Система обслуживает 23 хозяйства, расположенных на территории Бориспольского, Броварского и Переяслав-Хмельницкого районов. Ha БОС внедрено автоматизированное управление технологическими процессами (АСУ ТП) с локальной автоматизацией насосных станций и гидротехнических сооружений.

B Украине по предварительным расчетам до 2000 г. сточными водами городов, поселков городского типа предусмотрено оросить 386,7 тыс. га. Применение предварительно очищенных сточных вод для орошения 1 млн га сельскохозяйственных угодий позволит сэкономить 2,5—3,0 млрд м3 чистой воды в год.

Расширение площадей OCCB требует безотлагательной и детальной разработки санитарно-паразитологических вопросов использования сточных вод, их осадков, навоза и навозных стоков для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий в различных почвенно-климатических условиях с учетом паразитологической ситуации на местах, современных знаний о сроках развития возбудителей паразитозов в почве, новых достижений науки и техники в области предварительной подготовки стоков.

Эффективность почвенной доочистки сточных вод от возбудителей паразитозов. Поступление на OCCB стоков, содержащих возбудителей паразитозов, представляет опасность для грунтовых вод.

C целью установления возможности попадания яиц гельминтов в грунтовые воды на OCCB мы ежеквартально забирали их пробы (не менее 3—5 л на пробу) из смотровых скважин, расположенных по ходу грунтового потока: выше и ниже орошаемых участков, до полива, через 24 и 48 ч после поливов сточной водой. Исследовано 1085 проб грунтовых вод, ни в одной из них не обнаружено яиц гельминтов. He было их найдено и в 904 пробах воды из 176 колодцев, расположенных в радиусе 1 км вокруг OCCB и питающихся водой из грунтовых потоков, проходящих через орошаемые ПОЛЯ.

Для определения наименьшей толщины почвенного слоя, гарантирующего предупреждение попадания яиц гельминтов в грунтовые воды в зависимости от механического состава почвы, норм и числа поливов сточной водой, был применен лизиметрический метод, позволяющий максимально приблизить исследования к природной обстановке и точно программировать условия опыта. Исследования проводились на OCCB Волгоградской, Московской и Новосибирской областей, а также в г. Гянджа (Азербайджан) на лизиметрических комплексах. Лизиметрические комплексы Волгоградской, Московской областей имели примерно одну и ту же схему устройства — подземное сооружение с вмонтированными вокруг него лизиметрическими монолитами.

Почва лизиметров с поверхности и глубины 10, 20, 30, 40, 50 и 100 см до производства поливов сточными водами яиц гельминтов „не содержала. Для орошения почвы в лизиметрах использовались :сточные воды после искусственного обсеменения яйцами аскарид (до o60 яиц в 1 л). B результате исследований обнаружена зависимость ^глубины проникновения яиц гельминтов от нормы нагрузки сточных вод и типа почвы: при 300—400—500 м3/га яйца гельминтов обнаруживались в супесях, суглинках, торфе и выщелоченном черноземе на глубинедо 10 см; с увеличением норм нагрузок до 1000— 2000 м3/га — на глубине до 20 см, а в торфе (при большой интенсивности обсеменения стоков) яйца гельминтов находили и на расстоянии до 30—40 см.

Было установлено также, что с повышением нормы нагрузки сточной воды при однократном поливе увеличивалась толщина слоя почвы, загрязненной яйцами гельминтов. Так, при оросительной норме сточных вод, равной 3000—4000 м3/га, в почве OCCB в Московской области после 1 полива яйца гельминтов обнаруживались на глубине 30—40 см, при поливе из расчета 6000 м3/га — на глубине до 50—60 см, а при 10 000 м3/га — на глубине до 70—80 см. При тех же оросительных нормах сточной воды, но поданных на поля в виде 3—4—6 поливов (поливная норма 1000—2000 м3/га), обсеменение яйцами гельминтов почвы обнаруживалось только в слое толщиной 20—30 см.

При всех вариантах и нормах поливов пробы почвы с глубины 90—100 см яиц гельминтов не содержали. Это указывает на то, что дерново-малоподзолистый слой супесчаной почвы толщиной 100 см гарантирует предупреждение попадания яиц гельминтов в грунтовые воды при поливах сточными водами при норме до 10 000 м7га. Рекомендовано на этих видах почв применять орошение сточными водами при норме не более 4000—6000 м3/га, в виде 4—6 поливов.

Ha OCCB в Азербайджане при нормах нагрузки 500 и 1000 м3/га, вносимых за 1 полив, обсеменение яйцами гельминтов почвы отмечалось на глубине до 20 см. При внесении тех же доз сточных вод, но в виде 2—4 поливов (по 250 м3/га), проникновение яиц ограничивалось горизонтом до 10 см. Более глубокие слои почвы (30— 100см)ихнесодержали.

Приведенные данные наглядно показывают, что при норме полива сточными водами 500—1000 м3/га светло-каштановые почвы слоем 30 см и более обеспечивают полную доочистку сточных вод и от яиц гельминтов.

Аналогичные результаты получены и на предкавказских кар- бонатно-слабовыщелоченных тяжелосуглинистых и западно-пред- кавказских черноземах разной степени выщелоченности на OCCB в Ростовской области и Краснодарском крае Щимидова Л.Л., 1980].

При установлении оптимальных норм нагрузки сточных вод на OCCB большое значение имеет выяснение механизМа задержки яиц гельминтов в почве. Есть сообщения, что яйца аскарид обнаруживаются в супесчаной почве в 2 м по горизонтали и до 1 м по вертикали — ниже дна выгребов; в суглинистой почве эти расстояния ограничивались 0,5 м. Обнаружение яиц гельминтов на столь значительной глубине вызывает опасность загрязнения грунтовых вод при высоком их стоянии и вымывании яиц гельминтов из граничащих с ними почвенных горизонтов.

Распространение яиц гельминтов в грунтах происходит посредством движения воды. Если проницаемый выгреб находится выше уровня грунтовых вод, то вокруг него под действием сил тяжести и капиллярных ходов образуется «тело смоченности», имеющее в разрезах форму эллипсоида. Если приток воды превышает величину испарения, «тело смоченности» постепенно удлиняется и может достичь зеркала грунтовых вод.

Еще в 1946 г. А.А.Кирпичниковым было установлено, что под дворовой уборной, расположенной на крупных и среднезернистых песках и функционирующей в течение 8 лет, грунтовые воды, залегающие на глубине 1,2 м, загрязнены яйцами гельминтов на расстоянии 3,6 м. Суглинок с песчаной прослойкой и мелкий песок, где были расположены фильтрующая траншея и система подземного орошения, содержали яйца гельминтов в пределах 0,5 м от указанных сооружений.

Лабораторные опыты показали, что при просачивании сточных вод через слой гумуса толщиной 2,5 см проходят только единичные яйца аскарид, а слой 6 см той же почвы для них практически непроницаем; слой 3—8 см мелкого песка задерживал все яйца гельминтов.

Явление задержки яиц гельминтов в почве на разной глубине при просачивании через нее сточной жидкости отмечают многие исследователи, но механизм данного процесса остается неясным. Для изучения этого вопроса мы поставили несколько серий опытов с различными типами почв и яйцами гельминтов. Целесообразно было выяснить факторы, влияющие на их задержку в почве, в частности, наличие адсорбции (прилипания, поглощения) их грунтами различного гранулометрического состава при разных скоростях движения фильтрующейся жидкости.

Поглощение яиц гельминтов почвой определялось нами количественно, т.е. как уменьшение их содержания в суспензиях после внесения в них навески чистой почвы и обнаружение яиц в последней.

Опыты, проведенные с дерново-подзолистой супесчаной, содержащей 0,78 % гумуса, суглинистой (2,4 %), а также черноземной (4,8 %) почвами, показали, что 85,5—89,6 % яиц гельминтов задерживаются механически, а 10,4—14,5 % поглощаются (адсорбируются) ею. Разные типы почв не одинаково адсорбируют яйца одного и того же вида гельминтов; суглинистая и черноземная почвы в большем количестве и прочнее удерживают яйца аскарид, нежели супесчаная. Это, по-видимому, связано с тем, что первые почвы содержат больше коллоидных частиц (почвенные коллоиды — частицы почвы диаметром меньше 0,1—0,2 мкм), чем супесчаная.

Ha адсорбционную способность почвы оказывала влияние, вероятно, и возможность прилипания последней к яйцам гельминтов. Глинистые и черноземные почвы, более богатые илом и перегноем, отличаются большей способностью прилипания к более крупным частицам, в том числе и к яйцам гельминтов, по сравнению с супесями.

Причиной задержки яиц грунтами при фильтрации суспензии из яиц аскарид через пески, по-видимому, явилось также превышение размеров пор грунта относительно размеров яиц («механическое поглощение»). Размер проходов между частицами «идеального грунта» (состоящего из шариков) при наиболее плотной (гексагональной) упаковке частиц равен примерно V7 диаметра частиц грунта. Если считать, что фракцией, определяющей размер пор в исследуемых песках, явилась главным образом их более мелкая часть, то в песках крупностью 3—5; 2-3;l-2; 0,5—1; 0,25—0,5 мм размеры проходов при шарообразных песчинках равны соответственно 429, 286, 143, 71 и 36 мкм. Следовательно, яйца аскарид, имеющие размеры 50—70x40—50 мкм; власоглавов — 47—52x22—-23 мкм; лен- теца широкого — 68—71X45 мкм могли проходить только через первые 4 вида песков. B действительности «проходимость» песков для единичных яиц гельминтов была более высокой, так как песчинки имели угловатые формы и были уложены менее плотно, чем шарики в «идеальном» грунте; яйца гельминтов могли проходить через поры по направлению своей длинной оси (для чего требовались отверстия меньших размеров).

Ha задержку яиц гельминтов в песках оказывают влияние размер, форма и в некоторой степени, по-видимому, строение белковой поверхности яиц.

Было установлено, что сточная вода увеличивала адсорбционную способность почвы, тогда как чистая вода уменьшала ее. Следует полагать, что причиной этого в первом случае явилось попадание в почву огромного количества различных коллоидных и органических веществ, ведущих к ее кольматации и развитию биологической пленки. Кроме того, яйца гельминтов, находясь в сточных водах, обволакиваются коллоидными частицами, а при попадании в почву прочно приклеиваются к ее частицам.

Изменение реакции среды (повышение ее щелочности) увеличивало глубину проникновения яиц гельминтов в почву и выход их в фильтрат. Это, по-видимому, связано с тем, что в щелочной среде коллоидные частицы почвы растворяются, освобождая яйца гельминтов, и тем самым способствуют их вымыванию в фильтрат.

Доочистка стоков на OCCB, как уже было показано, сопровождается обсеменением почвы пахотного слоя возбудителями парази- тозов. Ee интенсивность зависит от нагрузки и способов поливов. Так, при дождевании количество яиц гельминтов в 1 кг почвы в Московской области колебалось от 98 до 162, в Калининградской — от 35 до 251, в Киевской — от 10 до 33, а при поливе по бороздам — до 103—137 в Московской и 12—46 в Кустанайской областях, тогда как при подпочвенном орошении они не обнаруживались (Московская, Калининградская, Ростовская области).

При дождевании сточными водами глубокие слои почвы (20 см) обсеменяются яйцами гельминтов интенсивнее, чем при поливах по бороздам. Объясняется это тем, что в первом случае происходит вымывание яиц гельминтов из верхних слоев в глубокие. Данное обстоятельство имеет большое эпидемиологическое значение, так как при этом будут обсеменяться яйцами гельминтов выращиваемые корнеплоды.

B почве пахотного слоя опытных участков OCCB обнаруживались яйца различных видов гельминтов (табл. 23).

T а б л и ц а 23. Обсемененность яйцами гельминтов почвы OCCB

Обращает на себя внимание, что обсемененность почвы яйцами геогельминтов в первой и второй половине вегетационного периода в Калининградской, Московской и Киевской областях была одинаковой, т.е. до осени почва не освобождалась от них. Содержание яиц гельминтов в почве OCCB в условиях Волгоградской, Новосибирской и Кустанайской областей в первой половине вегетационного периода было в 3—4 раза больше, нежели во второй. B процессе орошения неочищенными сточными водами экстенсивность обсеменения яйцами гельминтов почвы пахотного слоя OCCB ежегодно возрастает. Так, к концу вегетационного периода в Калининградской области этот показатель в 1980 г. составлял 21,2 %, а в 1984 г. — 35,2 %, в Киевской области в 1983 г. — 11,4 %, а в 1987 г. — 26,1 %.

Прекращение подачи на поля неочищенных сточных вод в Волгоградской, Омской, Новосибирской и Кустанайской областях способствовало в течение года полному самоочищению почвы от яиц гельминтов, тогда как в Калининградской области этот показатель составил только 15—18 %, в Московской — 15—21 %, в Киевской — 16—25 %, в Азербайджане — 21—32 %, в Ростовской области — 32,5—41 %, в Краснодарском крае — 38,9—47,4 %.

Более быстрые темпы самоочищения почвы от яиц гельминтов в условиях Нижнего Поволжья, юга Западной Сибири, Северного Казахстана по сравнению с таковыми в Прибалтике, Юго-Западном, Центральном районах европейской части России, а также на Северном Кавказе можно, по-видимому, объяснить не только разницей в особенностях их почвенно-климатических условий, но и разным видовым составом яиц гельминтов, попадающих в почву; в первых регионах преобладали яйца биогельминтов (дифиллоботриид, опи- сторхов), во-вторых — геогельминтов. Результаты наших исследований показали также, что на опытных участках OCCB в условиях Волгоградской, Кустанайской, Омской, Новосибирской областей почва содержит жизнеспособные яйца аскарид, развившиеся даже до стадии подвижной личинки.

Выращиваемые на опытных участках OCCB сельскохозяйственные культуры также загрязняются яйцами гельминтов. По нашим данным, обсемененность овощей с опытных участков в Калининградской и Московской областях в 2—3 раза превышала таковую в Киевской, Кустанайской, Омской, Новосибирской и Волгоградской областях. Яйца аскарид, выявляемые на свекле, моркови, картофеле, огурцах, редисе в Калининградской области, в 55,4 % случаев были жизнеспособными, в том числе 33,2 % содержали подвижную личинку. B Московской области 13,8 % яиц аскарид, обнаруживаемых на свекле, моркови, картофеле и огурцах, выращенных на полях орошения, содержали подвижную личинку. B 1986—1988 гг. на траве, моркови, свекле, картофеле и зерновых культурах с опытных участков OCCB выявлены яйца аскарид и власоглавов, которые в 32,9—36,8 % случаев были жизнеспособны, в том числе 27,6 и 18 % с подвижной личинкой. B Киевской области обсемененность овощей, выращенных на OCCB, была несколько ниже, но и здесь число жизнеспособных яиц аскарид, в том числе и с подвижной личинкой, составляло 45—60 %. Ha OCCB Волгоградской области жизнеспособные яйца аскарид, в том числе с живой личинкой, обнаруживались на клубнях картофеля в 13,2—16,3 % случаев; в Кустанайской — на моркови, картофеле, огурцах, луке, редисе в 18,8—22,4 % случаев; в Новосибирской — на кормовой свекле, моркови и картофеле до 18,1—24,3 % случаев; в Азербайджане — на моркови, огурцах, капусте, травах до 26,8—42,4 % случаев; в Ростовской области — на зеленой массе кукурузы, люцерны, ячменя, подсолнечника в 3,1—6,9 % и в Краснодарском крае в 7,2—16,8 % случаев.

Ha обсемененность возбудителями паразитозов почвы, выращиваемых сельскохозяйственных культур оказывают влияние и способы распределения сточных вод, их осадков, навоза и навозных стоков на OCCB: дождевание, по бороздам, чекам, полосам, подпочвенное и внутрипочвенное орошение.