Способы орошения сточными водами

Дождевание осуществляется с помощью короткоструйных (КДУ- 55 м), среднеструйных («Фрегат» и «Волжанка») и дальнеструйных (ДД-30, ДДН-45, ДДН-70) установок. Радиус подачи воды при этом колеблется от 5 до 60—70 м.

Нами на территории Бортничской оросительной системы проводились экспериментальные исследования по определению дальности рассеивания яиц гельминтов по воздуху при поливах сточными водами методом дождевания. Объектом наблюдения служили яйца аскариды свиней, убитые кипячением и внесенные в сточные воды (в среднем до 40—50 на 1 л), подаваемые в дождевальные агрегаты. Дальность рассеивания яиц гельминтов по воздуху определялась путем анализа проб почвы с поверхности объекта и выращиваемых на опытных участках трав, взятых на различных расстояниях от поливного агрегата по направлению ветра до и после орошения.

Исследования проводились при поливной норме 600—700 м3/га, различных скоростях ветра (1—3, 5—6 и свыше 10 м/с) в условиях короткоструйных (КДУ-55 M), среднеструйных («Волжанка» и «Фрегат») и дальнеструйных (ДДН-45 и ДДН-70) установок. Обнаружено, что дальность рассеивания яиц аскарид по воздуху при поливе методом дождевания зависела от типа дождевального агрегата, скорости ветра и колебалась от 80—160 м при действии установки КДУ-55 M до 250—500 м при установках ДДН-45 и ДДН-70.

Учитывая полученные данные, а также непостоянство ветрового режима и то, что в сточных водах могут оставаться патогенные микроорганизмы, мы рекомендуем при дождевании сточными водами устанавливать ширину санитарно-защитной зоны: при использовании короткоструйных, вниз направленных аппаратов -— 200 м; среднеструйных — 300 м и дальнеструйных — 500 м. Эта зона может быть увеличена в 2—3 раза в районах расположения санаториев, курортов, больниц, детских и других учреждений.

Значительное рассеивание яиц гельминтов по воздуху указывает на необходимость разработки новых дождевальных аппаратов, исключающих или уменьшающих зону загрязнения. B настоящее время дождевальные машины «Кубань» и «Фрегат» уже оборудованы модифицированными форсунками. Последние позволяют проводить полив сточными водами путем распыления их в направлении к поверхности земли. Преимуществом модифицированной установки является то, что распылительная форсунка может быть установлена на различной (от 0,5 до 2 м) высоте от поверхности почвы. Это позволяет в каждом случае сократить зону распыления аэрозолей сточных вод, а следовательно, и ширину санитарно-защитной зоны.

Нами совместно с НПО «Прогресс» проведены исследования по определению расстояния рассеивания яиц гельминтов по воздуху при наивысшем (2 м) и наинизшем (0,5 м) расположении распылительной форсунки. При указанных режимах установки зона рассеивания аэрозолей сточных вод сокращается в 2—5 раз по сравнению с таковыми при работе среднеструйной установки «Фрегат».

При дождевании наблюдается вымывание яиц гельминтов из верхних слоев почвы в глубокие, что имеет большое эпидемиологическое значение, так как при этом может происходить загрязнение клубней выращиваемых сельскохозяйственных культур.

Полив по бороздам — наиболеераспространенныйспособ орошения сточными водами на OCCB. Применяется он как в вегетационное, так и во вневегетационное время. Длина борозд зависит от характера почвы, выравненности поля, уклонов участков и колеблется от 200 до 400 м. Расстояние между бороздами до 70 см.

Полив по полосам применяется главным образом в вегетационное время для орошения зерновых, трав и др. Поливная полоса, вытянутая по уклону, — узкая площадка, ограниченная с боков валиками высотой 10—15 см, расстояние между которыми 3,6 м. Длина полос 50—200 м.

Полив по чекам. Чек — определенным образом спланированная территория поля, огражденная со всех сторон валиками. Горизонт воды в нем должен быть на 10—20 см ниже отметки гребня валика.

Результаты многочисленных исследований показывают, что полив по бороздам, чекам, полосам неочищенными сточными водами способствует значительному обсеменению яйцами гельминтов почвы и выращиваемых культур рРоманенко H.A., 1986].

До сих пор сточные воды в поливные борозды подавались при помощи гибких шлангов, труб, что вызывало необходимость применения ручного труда для переноса последних, а также не исключало контакталюдей со сточной водой и загрязненным инвентарем. B настоящее время внедряется подача сточной воды в поливные борозды при помощи подземного перфорированного трубопровода (ППТ). Суть этого способа заключается в том, что на одном конце спланированного поля, по всей его ширине, в почве на глубине 70 см укладывается перфорированный трубопровод. Для того чтобы выводные отверстия в нем не забивались почвой, его вначале засыпают гравием, а затем крупнозернистым песком (по типу песчаного фильтра). Сточная жидкость, выходя из перфорированного трубопровода, просачивается вверх через слой песка и поступает в поливные борозды. Это исключает необходимость уборки трубопроводов во время движения тракторов, комбайнов и обеспечивает бесперебойную подачу воды в борозды.

Мы решили изучить возможность применения ППТ для доочистки сточных вод от яиц гельминтов во время их фильтрации через песчаный фильтр и определить оптимальную нагрузку на ППТ. Работа проводилась на OCCB в пос. Купавна Московской области и г. Рудный Кустанайской области при нагрузке сточных вод 1000 и 2000 м3/га. Результаты исследования сточных вод, фильтрата с поверхности песчаного фильтра, его почвы с поверхности и с глубины 10—70 см, а также почвы опытных участков с глубины 10, 20, 30 см, выращиваемых трав и картофеля показали (табл. 24), что при нагрузке 1000 м3/га почва опытных участков, травы и картофель яиц гельминтов не содержали, тогда как при нагрузке 2000 м3/га последние уже обнаруживались.

T а б л и ц а 24. Результаты исследования сточной воды, ее фильтрата, почвы и сельскохозяйственных культур с опытных участков, оборудованных ППТ

Исследуемый материал

Обнаружено яиц гельминтов нагрузка полива

1 B 1 л жидкости, в 1 кг почвы и сельскохозяйственных культур.

B первом случае сточная жидкость, выходя из ППТ, равномерно просачивалась через толщу песка и полностью освобождалась от яиц гельминтов. Почва фильтров с поверхности и глубин 10, 20, 40, 60 см и фильтрат, появляющийся на поверхности песка, яиц гельминтов не содержали. Они обнаруживались только в пробах почвы, взятых на уровне и в радиусе 5 см от ППТ. При большей нагрузке сточная жидкость пробивала ходы в толще песка и поступала на поверхность фильтра в виде «фонтанчиков», а поэтому не освобождалась от яиц гельминтов. Это подтверждают результаты исследования фильтрата и проб почвы с различных горизонтов фильтра.

Таким образом, дополнительная фильтрация сточной жидкости (при нагрузке не более 1000 м3/га) через слой песка толщиной 70 см обеспечивает доочистку ее и служит надежным мероприятием no охране почвы и выращиваемых культур от обсеменения яйцами гельминтов при наземных методах полива.

B н у т p и п о ч в e н н о e о p о ш e н и e. Полив при внутрипочвен- ном орошении сохраняет структуру почвы, так как поливная вода и удобряющие растворы распределяются в ней капиллярным путем, что является одним из немаловажных факторов сохранения ее плодородия. Оросительная вода, удобрительные растворы, ядохимикаты и другие растворенные вещества поступают в оптимальных количествах и капиллярным путем распределяются в корнеобитаемом слое почвы с помощью внутрипочвенных увлажнителей, которые укладываются на глубину 0,4—0,6 м. Благодаря такому поливу создаются необходимые условия для лучшего роста и развития сельскохозяйственных культур. Отсутствие выхода оросительной воды на поверхность почвы и ее максимальная очистка открывают перед внутрипочвенным орошением большие перспективы в области сельскохозяйственного использования сточных вод. При этом способе полива исключается контакт наземных частей растений, животных и человека со сточной водой.

По мнению многих экологов, гигиенистов и санитарных врачей, внутрипочвенный метод доочистки и утилизации сточных вод наиболее полно отвечает гигиеническим требованиям.

Нами проведены исследования на участках с супесчаной, суглинистой почвами, оборудованными системами подпочвенного орошения из перфорированных полиэтиленовых и гончарных увлажнителей, уложенных на глубине 60 см. Для поливов использовались сточные воды, содержащие в среднем 3—11 яиц гельминтов в 1 л. Норма нагрузки поливов колебалась от 500 до 600 м3/га.

Целесообразно было выяснить возможность обсеменения яйцами гельминтов почвы пахотного слоя (0—25 см), выращиваемых культур и грунтовых вод. Исследованиями установлено отсутствие их в почве над увлажнителями до глубины 55 см (по вертикали). Они обнаруживались только в пробах почвы, взятых вокруг увлажнителей: в супесчаной почве — в радиусе до 5 см; в суглинистой — по вертикали 5 см, по горизонтали 2 см. He было их ни на клубнях картофеля, моркови, свекле, ни в грунтовых водах, залегающих на глубине 1,5 м рРоманенко H.A., 1985].

При оценке внутрипочвенного метода доочистки и утилизации неочищенных сточных вод на системе с полиэтиленовыми увлажнителями было выявлено, что почва после полива загрязняется кишечной палочкой только по длине увлажнителей, обнаруживаясь через неделю на глубине 40—70 см. Различий в степени загрязнения почвы кишечной палочкой по горизонтали между увлажнителями не наблюдалось. Через 1 мес после полива кишечная палочка в почве не выявлена.

Почва под увлажнителями и в сторону от них также оказалась свободной от яиц гельминтов, их находили непосредственно под увлажнителями. Они не опускались от уровня увлажнителей ниже 5 см и концентрировались в почве на глубине 55—60 см.

Растения, выращиваемые на системе с внутрипочвенным использованием хозяйственно-бытовых сточных вод, не загрязнялись кишечной палочкой и яйцами гельминтов, а животные и люди не контактировали со сточной жидкостью.

Для предупреждения закупоривания кротовин, увеличения сроков их работы целесообразно укреплять их стенки водным раствором полимеров (1,5 % раствор полиакриламида), а стоки подавать в них через пористую (гравий с размером фракций A—7 см) засыпку толщиной 40—50 см.

Исследования, проведенные на OCCB в Ленинградском районе Краснодарского края, показали, что внутрипочвенное капельное орошение сточными водами, содержащими до 15 яиц гельминтов в 1 л, обеспечивает надежную охрану пахотного слоя (0—25 см) от загрязнения при условии нарезки кротовин на глубине 50 см крото- вателем КДТ-0,45 с одновременным закреплением их стенок 1,5 % водным раствором полиакриламида и подачи стоков в них через пористую засыпку. Ни на выращенных травах, ни в почве с поверхности и до глубины 25 см яйца гельминтов не обнаруживались.

Эффективность внутрипочвенного обеззараживания стоков животноводческих комплексов. Проведенные в Белгородской области исследования показали, что при подаче по гончарным увлажнителям сточных вод из свиноводческих комплексов в суглинистую почву на глубину 20—100 см через 2 дня после полива она оказалась слабо- загрязненной, через 3 нед значительно очистилась на глубине 40— 60 см. Это говорит о приемлемости внутрипочвенного внесения животноводческих стоков на глубину 40—60 см для их очистки и утилизации, так как загрязнения верхних (выше 40 см) и нижних (ниже 60 см) слоев почвы и растений не наблюдалось.

Имеющиеся в литературе данные по внутрипочвенному использованию сточных вод на дерново-подзолистых, суглинистых, сугли-

нисто-черноземных почвах позволяют считать, что грунтовые воды, поверхность почвы и растения не загрязняются патогенными микроорганизмами и яйцами гельминтов, поскольку последние концентрируются в зоне укладки увлажнителей, где и обеззараживаются.

Внутрипочвенные способы использования осадков сточных вод на ОССВ.Способысельскохозяйственно- го применения осадков сточных вод, предусматривающие поверхностное разбрасывание или дождевание,гне отвечают санитарногельминтологическим требованиям, так как способствуют обсеменению почвы и выращиваемых культур жизнеспособными яйцами гельминтов, распространению неприятных запахов на большие расстояния и т.д.

B настоящее время экспериментальными работами подтверждено, что при внесении жидких органо-минеральных удобрений в почву на глубину 40—60 см эффект получается в 2,5 раза выше, чем при обычном (на глубину 12—18 см) внесении удобрений. Это послужило причиной широкого внедрения в практику внутрипочвен- ных способов внесения жидких удобрений, в том числе и осадков сточных вод под сельскохозяйственные культуры.

Нами изучено внутрипочвенное распределение осадков сточных вод в санитарно-гельминтологическом отношении. Опыты проводились в лабораторных и полевых условиях. Лабораторные опыты были поставлены на моделях полей подземной фильтрации, предложенных Е.И.Гончаруком с супесчаной и суглинистой почвой. Первую модель мы условно обозначили «установка №' 1», а вторую — «установка № 2».

Вносимый в установку на глубину 50 см осадок сточных вод содержал в среднем до 6520 яиц гельминтов в 100 г. B основном это были яйца аскарид, среди которых оказалось 88 % жизнеспособных,

11,4 % деформированных, 0,96 % неоплодотворенных. До и после обработки пробы почвы отбирались с поверхности и на глубине до 100 см — через каждые 10 см, а на глубине 50 см — в сторону от дренажной трубки, на расстоянии 2, 5, 10 см (по горизонтали). Обнаружено, что распространение яиц гельминтов от места закладки осадка сточных вод в установке № 1 достигало 5—10 см (вниз и в стороны), а в установке № 2 — 2—5 см. За почти 3-летний период наблюдения общее количество яиц гельминтов в почве снизилось до 15 % от их первоначального количества. Уменьшилось и число жизнеспособных яиц гельминтов — от 88 до 12,6—14,3 %.

Полевые опыты проводились на OCCB пос. Купавна и г. Коломна Московской области. B пос. Купавна осадок сточных вод вносился в супесчаную почву на глубину 40 см при помощи плантажного плуга и гидробура, на глубину 60 см при помощи кротователя K-700, в г. Коломна (суглинистая почва) на глубину 60 см кротова- телем KH-2. Пробы почвы до и после внесения отбирались по вертикали с поверхности и глубины 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 см, по горизонтали с глубины 2, 5, 10 см.

Осадок сточных вод содержал 414—2172 яйца гельминтов в 1 л. Яйца аскарид составляли 98—99 % (72—78,6 % яиц были жизнеспособными), яйца власоглавов, тениид встречались в единичных случаях.

Результаты исследования почвы показали, что при внесении осадков сточных вод в кротовины, нарезанные по методу Николаева кротователем KH-2, вышележащие слои почвы (0—50 см) и поверхность участка яйцами гельминтов не обсеменялись (табл. 25). Bce положительные пробы (27) при этом способе внесения осадков были получены с места его закладки (из содержимого кротовины и ее стенки). Пробы почвы, взятые выше и ниже места закладки осадка, яиц гельминтов не содержали. Ha участке, где кротовины нарезались кротователем KH-700, отмечалось обсеменение яйцами гельминтов почвы, взятой с поверхности участка.

Tаблица 25. Результаты гельминтологического исследования почвы после внесения осадков сточных вод различными способами

Из 116 положительных проб почвы, взятых C этих опытных участков, 24 (20,7 %) приходилось на горизонты выше места закладки осадка. Положительные пробы почвы в поверхностных горизонтах обнаруживались лишь в тех местах участков, где отмечался выход осадка на поверхность. Bo всех других случаях, когда осадок не выходил на поверхность, почва этих горизонтов не содержала яиц гельминтов, а положительные пробы обнаруживались только в зоне его закладки.

Bo время запахивания осадков сточных вод плантажным плугом часть их выдавливалась почвой из борозды и растекалась на поверхности участка.

Яйца гельминтов обнаруживались в пробах почвы, взятых со всех горизонтов (до глубины 50 см), причем 40 проб из 105 были получены с горизонтов почвы, расположенных выше места закладки осадка сточных вод. При исследовании 220 клубней картофеля, выращенного на опытных участках, яйца гельминтов были выявлены на 90 из них. Положительные пробы (48) почвы выше места закладки были обнаружены и на участке, где осадок вносился при помощи гидробура.

Дальность распространения яиц гельминтов в почвах на глубине 40—60 см по горизонтали от места закладки осадка: в супесчаной — 5—10 см, в суглинистой — 2—5 см. Незначительные расстояния, на которые распространяются яйца гельминтов внутри почвы от места закладки осадка, по-видимому, можно объяснить уплотнением ближайших слоев почвы при движении механизмов (при нарезке кротовины, плужных борозд), кольматацией стенок борозд, плохой впитываемостью осадка, кратковременностью егр подачи в почву (0,5—1 ч).

B почве на глубине 40—60 см общее число яиц гельминтов со временем уменьшается. Так, через 5 мес после внесения осадка сточных вод в 1 кг почвы обнаруживалось 79,2 % яиц гельминтов, через 6 мес — 66 %, а к концу наблюдений (через 16,5 мес) — только

38,5 %. Отмечалось также уменьшение числа жизнеспособных яиц гельминтов: за 5 мес от 72 до 61 %, за 6 мес до 54 %, а за 16,5 мес до 8,8 %. Количество деформированных яиц гельминтов в почве все время увеличивалось: через 5 мес в 2,6 раза, через 6 мес в 3,3 раза, через 16,5 мес в 12,3 раза по сравнению с исходным. Как было отмечено выше, при запахивании осадка сточных вод перевертываемый слой почвы выдавливает часть его на поверхность участка и тем самым способствует обсеменению ее яйцами гельминтов.

Нами совместно с С.П.Покромович сделана попытка устранить указанный дефект благодаря дополнительному креплению на плуге двух малых корпусов, лево- и правостороннего, размещая их впереди и правее первого основного корпуса. Это обеспечивает получение более тщательной, двойной запашки осадка сточных вод. Дополнительные корпуса предварительно заделывают осадок в борозде, а основной корпус окончательно запахивает его.

Исследования по санитарно-гельминтологической оценке усовершенствованного способа двойной глубокой запашки осадков сточных вод проводились на дерново-подзолистых почвах OCCB пос. Купавна Московской области. Под опыты были выбраны 2 участка, ранее не удобрявшиеся осадком сточных вод. Почва их с поверхности и глубины 10—50 см яиц гельминтов не содержала.

Установлено, что на опытном участке с двойной глубокой запашкой (усовершенствованный способ) осадков сточных вод почва с поверхности и до глубины 30 см, а также выращенный на ней картофель яиц гельминтов не содержали. Они обнаруживались только в почве на глубине 40 см — в среднем до 620 на 1 кг. Ha участке с обычной глубокой запашкой осадка они выявлялись в пробах почвы, взятых с поверхности и до глубины 40 см, а также на картофеле — от 125 до 476 и 10 соответственно.

B настоящее время метод двойной глубокой запашки осадков сточных вод получает все большее применение в хозяйствах Московской, Волгоградской, Новосибирской, Кустанайской, Киевской областей.

Для устранения попадания осадков сточных вод на поверхность почвы из щели кротовины нами (С.П.Покромович, Н.А.Романенко) было предложено нарезку последних проводить одновременно C вспашкой плугом (полив по кротовинам при вспашке). Для этого к плугу на специальном ноже крепился кротователь. При одновременном проходе плуга и кротователя происходит перепашка верхнего слоя (0—25 см) почвы, в результате чего устраняется вертикальная щель; последнее достигается также при высеве на участках семян однолетних или многолетних трав, с последующим утрамбованием почвы катками.

Для предупреждения закупорки кротовин крупными частицами осадков было предложено предварительно обезвоживать осадок на центрифугах типа НОГШ-35, после чего только жидкую фракцию подавать в кротовины.

Санитарно-гельминтологическая оценка указанных предложений по кротованию проводилась нами на OCCB в Московской области, где были выделены 4 опытных участка. Ha одном (опыт № 1) осуществлялся полив осадком сточных вод по кротовинам при одновременной вспашке; на другом (№ 2) — тот же метод, но для полива использовался фильтрат осадков сточных вод; на третьем (№ 3) осадок подавался в кротовины, выводные щели которых предварительно были устранены путем специальных катков с одновременным высевом семян многолетних трав; на четвертом (№ 4) нарезку кротовин проводили обычным способом (контроль). Пробы почвы с поверхности и глубины 10—70 см до внесения осадков яиц гельминтов не содержали. Через 2—3 дня после внесения осадков пробы почвы брали с тех же горизонтов над нарезанными кротовинами. Кроме почвы, исследованию подвергались травы, пробы которых забирались через 3—4 нед после начала опытов. Осадок сточных вод забирался из биологических прудов, расположенных на OCCB, и искусственно обсеменялся яйцами аскариды свиней.

Наши исследования показали, что на опытных участках, где проводилось кротование с применением одного из указанных выше предложений, почва с поверхности и до глубины 40 см, а также выращенные на ней травы яиц гельминтов не содержали, тогда как на участке с обычным кротованием они обнаруживались как в почве пахотного слоя, так и на траве.

Предложен также внутрипочвенный способ внесения осадков сточных вод и жидкого навоза на глубину 40—80 см с помощью специальной установки. B основу этого способа положен расчет, учитывающий полное использование удобрительной ценности осадков сточных вод, жидкого навоза и охрану окружающей среды от загрязнения и исключения возможного риска заражения человека и животных. Установка включает тактор, гидронавеску, рабочие органы, предназначенные для глубинного послойного внесения в почву жидких удобрений (навоз, осадок сточных вод), имеющих твердые или пористые включения размером 8—10 мм. Производительность машины при влажности с осадков 96—98 % составляет 150 м3/га. Глубина двух- и трехслойного внесения удобрений 46—80 см, а однослойного, предпосевного для пропашных и зерновых культур 0,15—0,25 м.

Таким образом, рабочие органы машины могут обеспечивать доставку жидких удобрительных смесей в пахотный слой, когда используются обезвреженные стоки. B случае же применения необез- вреженного «сырого» навоза или осадка сточных вод рабочие органы позволяют осуществить послойное внесение их на глубину ниже пахотного слоя (до 80 см).

B зимнее время машина обеспечивается специальным приспособлением, которое позволяет зарывать жидкую смесь под снежную толщу, а далее жидкость растекается в заранее подготовленные щели и кротовины. Технология подготовки участка для зимнего распределения жидких удобрений заключается в следующем: осенью на участках поля, предназначенных для внесения жидкого навоза, осадков сточных вод, проводятся подготовительные работы по зяблевой пахоте, на парах, участках под озимые, на сеяных и луговых травах, по стерне и при повторных посевах культур на корм (кукуруза и др.) нарезаются щели в вертикальном и горизонтальном направлениях, кротовины на глубине 40—80 см, а на тяжелых почвах применяется рыхление междущелевых полос, например путем фрезерования или чезелевания их поперек уклона местности.

Производственные испытания машины в Ногинском и Уваровс- ком районах выявили (табл. 26), что данный способ внутрипочвен- ного введения (на глубину 60 см) стоков свиноводческих ферм и осадка сточных вод обеспечивает надежную охрану почвы пахотного слоя (0—30 см) и выращиваемых культур от загрязнения яйцами гельминтов.

Таблица 26. Результаты исследования почвы и картофеля с участков, удобренных осадком сточных вод и стоками свиноводческих ферм, внесенных при помощи гидромониторного кротователя (в среднем на 1 га)

Результаты исследований показали, что предложенные нами усовершенствования делают внутрипочвенное применение осадков сточных вод при помощи кротовин в гельминтологическом отношении безопасным.

Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод, что внутрипочвенное внесение сточных вод, их осадков, стоков животноводческих комплексов на OCCB наиболее полно отвечает экологическим, санитарно-гигиеническим, водохозяйственным требованиям, предъявляемым к очистке стоков и их использованию для орошения.

Опыт внутрипочвенного использования сточных вод свидетельствует, что такие системы можно строить неподалеку от жилых районов, отдельных ферм, животноводческих комплексов, где имеются большие количества сточных вод и где их можно с большим водоохранным и экономическим эффектом применять для очистки, обеззараживания и повышения плодородия почв, орошения интенсивных культур для производства дополнительной сельскохозяйственной продукции.

Из других способов орошения на OCCB могут быть рекомендованы поливы по бороздам, чекам и полосам при условии подачи в них сточных вод через подземный перфорированный трубопровод. Дождевание может быть рекомендовано при условии применения короткоструйных или среднеструйных низконаправленных аппаратов.