А.И. Мусаев, С.Т. Дуйсенбаева, Р.Т.Турекельдиева

ТарГУ им.М.Х.Дулати, г. Тараз, Казахстан

ЭКОЛОГО-ИРРИГАЦИОННАЯ ОЦЕНКА ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА ПОСЛЕ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

По классификации В.Т.Додолиной сточные воды основных городов Южного Казахстана (Алматы, Тараз, Шымкент и Кызылорда) по химическому составу и по своим качествам относятся к хозяйственно-бытовым сточным водам, т.к. доля хозбытовых сточных вод в 2-3 раза преобладает над производственными.

Городские бытовые сточные воды поступают на очистные сооружения по мере их образования, а производственные подвергаются предварительной (локальной) очистки на самих предприятиях с тем, чтобы не сбрасывать в больших количествах вредных примесей в общую канализационную сеть (таблица 1). Соотношение хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод колеблется в пределах 75-90% , хозбытовые и промышленные - 10-25%.

Таблица 1 - Сброс сточных вод в городскую канализацию предприятиями

Показатель	Город
	Алматы	Тараз	Шымкент	Кызылорда
Количество предприятий города, шт., всего	2586	91	68	69
В т.ч. в промышленной зоне	240	60	57	13
Из них имеют локальные сооружения очистки	141	13	12	7

В г. Алматы наибольшее количество промышленных предприятий, функционирующих на территории города, сбрасывают свои сточные воды в общегородскую канализацию. Соотношение хозяйственно-бытовых и производственных вод г. Алматы за последние 25 лет существенно изменилось. Так, если в 1970-1990 гг. доля хозяйственно бытовых вод составляла 60-65% от общего количества, то в настоящее время она составляет 80-85%. Увеличение доли хозяйственно-бытовых сточных вод от ее общего количества объясняется сокращением производства по сравнению с началом 1990-х годов и увеличением численности населения города. Так, в 1979 году в городе проживало 756 тыс.человек, а в 1999 году численность населения города составила 1129,4 тыс. человек, в настоящее время проживает 1140 тыс. человек (таблица 2).

Таблица 2 - Соотношение хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод г. Алматы, % от общего количества

Вид сточных вод	Год
	1980	1990	2000	2010	2013
Хозяйственно-бытовые, %	61	62	83	85	82
Производственные, %	39	38	17	15	18
Количество сточных вод, тыс. м3/сут.	574	583	420	388	351
Количество сточных вод, млн. м3/год	209,4	212,9	153,4	141,7	128,1

В период с 1973 по 1989 годы сточные воды г. Алматы после механической очистки поступали в естественное замкнутое понижение в оз. Сорбулак. В 1970 году была запущена первая очередь сооружений биологической очистки и только с конца 1989 года сточные воды проходят полную биологическую очистку. Часть сточных вод забирается на орошение кормовых культур из отводного канала (6,72 тыс. га), из самого накопителя оз. Сорбулак (28,75 тыс. га) и из правобережного сбросного канала (ПСК) - 5,1 тыс. га. Фактически же в настоящее время орошается только 2,5-3,2 тыс. га.

К хозяйственно-бытовым сточным водам относятся и сточные воды городов Тараз, Шымкент и Кызылорды, где также доля хозбытовых сточных вод намного преобладает над производственными.

В г. Шымкенте многие предприятия и организации имеют свои водозаборные скважины, поэтому фактическое количество сточных вод больше, чем зарегистрированный объем забора чистой воды.

Анализ и оценка соотношения видов сточных вод городов показали, что они по химическому составу и по своим качествам относятся к хозяйственно-бытовым городским сточным водам. Это обуславливает их малую загрязненность токсичными элементами. Можно утверждать, что таковыми они сохранятся даже в случае восстановления и увеличения производственных мощностей предприятий городов.

Сточные воды г. Шымкента принимаются системой общегородской канализации и далее подаются на сооружения механической и искусственно-биологической очистки.

Сооружения механической очистки сточных вод г. Шымкента эксплуатируются с 1984 года, биологической очистки - с 1989 года.

Сточные воды после механической и биологической очистки поступают в Буржарский накопитель, который является сооружением сезонного регулирования. Практически круглый год, кроме зимних месяцев, необходимо подавать сточные воды на ОССВ для естественной почвенно-биологической доочистки с возделыванием сельскохозяйственных культур. Площадь ОССВ составляет 2,0 тыс. га при необходимости можно доводить ее до 7,0-8,0 тыс. га.

Таблица 3 – соотношение хозяйственно-бытовых сточных вод г. Шымкента, % от общего количества

Показатели	Год
	1990	2000	2010	2013
Забор чистой воды, млн	92,3	37,6	34,2	39,5
Количество сточных вод, млн.	96,5	39,0	34,2	39,5
Количество хозяйтвенно-бытовых сточных вод, млн. / %	77,2/80	29,3/75	25,7/75	28,9/73

Сточные воды г. Кызылорды, (пос. Комсомол, Титова, Тасбугет и Южный промрайон) до 1 ноября 2008 года системой самотечных коллекторов, насосных станций и напорных трубопроводов отводились без очистки в комплекс "накопитель - испаритель - поля фильтрации" площадью 600 га. С 1 ноября 2008 года была введена в эксплуатацию станция биологической очистки.

В Жамбылской области сточные воды городов Каратау и Жанатас проходят полную биологическую очистку, после которой сбрасываются в накопители без официального разрешения и частично используются для нужд орошаемого земледелия.

Система канализации и отвода сточных вод г. Тараза разделена на две промышленные зоны (северо-восточную и северо-западную).

Сточные воды предприятий северо-восточной промышленной зоны отводятся на поля фильтрации площадью 144 га, расположенные на землях ПК "Бурыл" (с. "Ровное" Байзакского района) в объеме 20-30 тыс. /сут, практически без какой-либо очистки.

Более 80% хозяйтвенно-бытовых и производственных сточных вод в северо-западной зоне после механической очистки, в объеме 180-200 тыс. /сутки, подаются на поля фильтрации площадью 193,4 га, расположенные на землях ПК "Тастюбе" (бывший совхоз им. Куйбышева Жамбылского района).

Необходимо отметить, что нагрузка на поля фильтрации превышает допустимую норму в 4 раза. Ежегодные гидравлические перегрузки полей фильтрации привели к загрязнению грунтовых вод близлежащих населенных пунктов Жамбылского района, используемых населением для хозяйственных нужд, а также заболачиванию сельхозугодий и подтапливанию населенных пунктов. Сложившееся положение на существующих очистных сооружениях создало сложную экологическую ситуацию, способную вызвать загрязнение бассейна реки Аса, озера Биликоль и осложнило эколого-эпидемиологическую обстановку в регионе. По данным областного отдела здравоохранения на землях хозяйства, где расположены поля фильтрации уровень заболеваемости по вирусному гепатиту, дизентерии превышает среднестатистические республиканские показатели в 1,4-2,5 раза.

В результате ежегодных гидравлических перегрузок в 1993 году произошел размыв дамбы Карт на полях фильтрации и аварийный сброс сточных вод на прилегающую местность и в р. Аса.

Из рассматриваемых городов Южного Казахстана только Алматы, Шымкент и Кызылорда в настоящее время имеют полную биологическую очистку своих сточных вод.

Состав городских сточных вод до и после биологической очистки приведен в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели состава исходных и очищенных сточных вод биологическим методом до очистки / после очистки

Вещества	Алматы	Шымкент	Кызылорда
Прозрачность, см	2,6/25	1,3/19,1	2,5/10
рН	7,7/7,5	7,0/7,4	6,8/6,8
Взвешенные вещества, мг/л	134,2/7,2	176,9/24/7	26/10
Сухой остаток	351/338	952/948	1500/1300
ХПК, мг/л	149,3/22,010	295,1/40,1	600/480
БПК, мг/л	92,9/10	157,4/30,9	300/10,2
Хлориды, мг/л	39,1/38,9	70,4/70,8	132/46
Сульфаты, мг/л	52,5/52,6	158,2/154,8	300/210
СПАВ, мг/л	1,06/0,21	2,57/0,86	6,4/0,2
Нефтепродукты, мг/л	0,4/0,38	1,0/0,23	0,026/0,008
Азот аммонийный, (NH4), мг/л	23,3/5,1	18,7/6,1	37,3/8,3
Нитриты (NO2),мг/л	0,25/0,15	0,045/0,7	0,12/0,08
Нитраты (NO3), мг/л	0,13/16,2	0,03/9,8	2,6/1,14
Фосфаты	6/1,61	3,53/0,73	-
Примечание: в числителе – данные до очистки, в знаменателе – после очистки

Известно, что при очистке сточных вод на хорошо работающих аэрационных сооружениях, или биологичеких фильтрах, обеспечивается снижение БПК до 10-12 мг/л (реже до 8 мг/л), а содержимое взвешенных веществ в стоке вторичных отстойников уменьшается до 10 мг/л. Величина ХПК очищенных сточных вод, в значительной степени, зависит от количества и характера производственных сточных вод, поступающих в канализацию. Величинами БПК ХПК и содержанием взвешенных веществ контролируется в основном эффективность работы сооружений биохимической очистки. В настоящее время во многих случаях показатели очистки по БПК и содержанию взвешенных веществ необходимо доводить до величин, близких к нулю, и, кроме того, добиваться максимального снижения содержания в очищенных сточных водах фосфора и азота, которые способствуют бурному росту водорослей в водоемах.

Результаты анализов жидкостей очистных сооружений показали, что уровень их очистки не соответствует предъявленным требованиям. Степень очистки по БПК составляет 80-94% (таблица 5) и в очищенных сточных водах этот показатель лежит в пределах 10-31 мг/л, что соответствует уровню очень грязных вод. Биогенные элементы очищаются на уровнях от 40 до 80 %.

Таблица 5 - Эффективность биологической очистки, %

Вещества	Очистные станции города
	Алматы		Шымкент	Кызылорда
Взвешенные вещества	92		86	93
БПК5	93		80	94
ХПК	90		86	20
СПАВ	76		67	97
Нефтепродукты	85		-	69
Азот аммонийный, (NH4)	78		67	78
Нитриты (NO2)	40	-		37
Нитраты (NO3)	-	-		56
Фосфаты	73	80		-

Состав используемых вод на орошение должен отвечать не только агромелиоративным и техническим требованиям, предъявленным к поливным водам, но и обеспечивать санитарно-токсилогическое и зоотехническое условия по качеству получаемой продукции. В этих условиях состав поливной воды главный показатель, по которому оценивается пригодность той или иной воды для орошения сельскохозяйственных культур.

Согласно ВСН 33-2.2.02-86 (в которую вошли результаты многолетних и исследований авторов) установлены основные показатели, необходимые для оценки пригодности сточных вод для орошения: рН, взвешенные вещества, минерализация, Na, Ca, Mg, хлориды сульфаты, гидрокарбонаты, щелочность общая, азот общий, калий и микроэлементы: Cu, Zn, Na, Pb, Cr,F, Cd, As, Co, Hg.

По суммарному содержанию солей (минерализации) сточные воды рассматриваемых городов после очистных сооружений отвечают предъявленным требованиям к оросительной воде и могут быть использованы для орошения сельскохозяйственных культур и древесно-кустарниковых насаждений на всех типах почв в соответствии с их классификацией (А.Н. Костяков, 1960; Л.П. Розов, 1956; В.А. Ковда, 1968; А.М. Можейко, Т.К. Воротник, 1958; М.Ф. Буданов, 1970, рекомендации ФАО, 1979, В.Т. Додолина, 1970, 1975, 1980, Л.Е. Кутепов, 1983, С.Я. Безднина, 1989 и др.). Однако по опасности вторичного засоления и последующим негативным эколого-мелиоративным последствиям общая минерализация оросительной воды служит только для предварительной оценки качества оросительной воды.

Практика орошения и многочисленные исследования по использованию минерализованных и сточных вод для полива сельскохозяйственных культур показала, что наряду с количественной оценкой оросительной воды по суммарному содержанию солей необходимо оценивать эти воды по водородному показателю и качественному составу, с учетом типов почв, природно-климатических условий, биологических особенностей возделываемых культур, применяемой агротехникой и технологией полива. Результаты исследований показали, что в острозасушливых районах время суток имеет для полива огромное значение, так как во многих каналах днем в результате жизнедеятельности водорослей резко увеличивается щелочность, и полив такой водой может ускорить возникновение содового засоления. Кроме того, необходимо учесть, что водородный показатель рН является одним из важнейших показателей, контролирующий присутствие в растворе большинства химических элементов, и определяющий не только форму нахождения их в растворе, но и на их миграционную способность. Легкорастворимые соединения образуются в щелочных растворах.

В условиях жаркого климата Южного Казахстана миграционная способность элементов может быть более высокой, чем в условиях низких температур.

Кроме того, известно, что показатель активности рН и Са²⁺ зависят от температуры воды. Это обусловлено растворимостью при естественном нагревании вод до рН = 8,5-8,9 при понижении активности кальция в воде и относительного роста активности натрия.

При этом поливная вода будет способствовать изменению реакции почвенного раствора, а изменение реакции почвы определяет условие поступления в растение элементов питания, что очень важно при использовании сточных вод в качестве поливной воды, с целью почвенной доочистки. Установлено, что наибольшая активность микробиологических процессов в почве наблюдается при рН = 6-8, гумификация при рН = 5-7,5. Максимальная доступность азота при рН = 6-8, кальция и магния - 7-8,5, меди и цинка - 5-7, железа - 4-6,5, бора - 5-7. Когда рН превосходит 8, происходит развитие процессов ощелачивания и нарушаются нормальные условия развития сельскохозяйственных культур.

Рассматриваемые городские сточные воды характеризуются карбонатной жесткостью и слабощелочной реакцией (рН = 7,2-8,5).

Известно, что оросительная вода с рН = 6-8,5 и температурой 15-30 С пригодна для орошения сельскохозяйственных культур на всех типах почв, а использование воды с рH<6 и pH>8,5 требует специального обоснования.

Результаты наших исследований показали, что полив городскими сточными водами не снижает активности микробиологических процессов и гумификации в почке, а также доступности для растений элементов минерального питания.

По величине общей и токсичной щелочности от нормальных карбонатов и хлора использование данных сточных вод при поливе дождеванием возможен ожог листьев, особенно в жаркое дневное время. Следовательно, полив необходимо проводить поверхностным способом и желательно в ночное время.

Как было отмечено выше, помимо величины минерализации и водородного показателя качество оросительной воды зависит и от ее ионного состава. При этом качественный состав сточных вод, используемых для орошения должен соответствовать не только эколого-агромелиоративным, но и токсикологическим условиям.

В составе очищенных городских сточных вод преобладают ионы гидрокарбоната (НСО3 - = 24-35% в эквивалентной форме от суммы анионов.) По классификации Алекина они относятся к первому типу вод НСО3- >Ca++ + Mg++ в эквивалентном отношении.

Такие воды считаются наиболее вредными, так как в этом случае щелочная реакция может отрицательно отразиться на растениях. При испарении таких вод в почвах возможно образование соды. Величина щелочного коэффициента для данного типа вод, характеризующая качество оросительной воды по ионному составу Ка=29-33,1 в сточных водах г. Алматы оценивается как поливная вода хорошего состава. В сточных водах г. Шымкента щелочной коэффициент Ка=10-18,8, они относятся в водам удовлетворительного состава. В Бурджарском накопителе за счет биоценоза и водных растений этот показатель несколько улучшается, и сточная вода г. Шымкента переходит к категории хороших поливных вод.

Выводы:

1. По химическому составу и по своим качествам городские сточные воды относятся к хозяйственно-бытовым сточным водам:

- состав городских сточных вод характеризуется карбонатной жесткостью и слабощелочной реакцией, пригоден для орошения сельскохозяйственных культур на всех типах почв;

- по величине щелочных коэффициентов оцениваются как поливная вода хорошего и удовлетворительного состава;

- соотношения катионного состава не превышают пороговых значений, и нет опасности натриевого и магниевого осолонцевания;

- содержание микроэлементов не превышает пороговых требований, предъявляемых к оросительным водам;

- санитарно-бактериологические показатели сточных вод после очистных сооружений соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям хозяйственно-бытового водопользования;

2. Тип химизма промышленных сточных вод нестабильный и отражает состав перерабатываемого сырья:

- по суммарному содержанию солей отвечают предъявляемым требованиям к оросительным водам;

- соотношение катионов неблагоприятное, при орошении возможно осолонцевание почв;

- по содержанию органических веществ относятся к очень грязным водам;

- при использовании в орошаемом земледелии требуют обеспеченной дреннированности;

- в сточных водах АО «Казфосфат» содержание фтористых и фосфорных соединений находятся за пределами допустимого, что ограничивает видовой состав возделываемых культур на оросительных системах сточных вод.

Список использованной литературы:

1. Новиков В.М., Ковалева Н.А., Овцов Н.П., Додолина В.Т, Мусаев А.И. и др. «ВСН 33-2.2.022-86 оросит, Минводхоз СССР, 1986. -85с.

2. Стехлик Каре. Состояние и перспективы исследований по орошению сточными водами в Чехословакии // Сельскохозяйственное использование сточных вод: Материалы VI международного совещания ученых социалистических стран по использованию сточных вод в сельском хозяйстве – М., 1972 - с.170-186.

3. Гольченко М.Г., Желязко В.И. Орошение сточными водами. - М., Агропромиздат, 1988. -104 с.

4. Мусаев А.И. Формирование возвратных вод в водохозяйственных бассейнах Южного Казахстана и оценка их пригодности для орошения // Роль мелиорации в обеспечении производственной и экологической безопасности России: Материалы международной научно-практической конференции. – М., 2009 - с. 239-245.