Концепция экологически безопасного функционирования систем водопользования

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 самовос-становительной 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. Экосистемное 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. Экосистемный 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, экосистемный 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-бытового 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 CaCL 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 CaCl , 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 аэротенке, 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.).

Нагр узка н а и л, мг ХПК/ч сухого 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.