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

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

ОЦЕНКА УДОБРИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ СТОЧНЫХ ВОД ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА

Сооружения механической, а затем искусственной биологической очистки далеко не полностью освобождают сточные воды от загрязнения. Не менее 10-20% загрязнений и среди них наиболее стойкие органические соединения остается и при безукоризненной работе очистных сооружений. Всякое же нарушение условий их работы – перегрузка, плохая эксплуатация и т.п. – повышает остаточный процент загрязнений еще больше (таблица 1).

Таблица 1- Степень очистки сточных вод

Метод биологической очистки	Степень очистки, %
	БПК5	Азот(N)	Фосфор ( Р2О5)	Калий ( К2О )	По бактериям
Искусственный	86,7	37,5	29,3	18,0	94,5
Почвенный	94.3	81,6	96,6	76,7	97,1
Во сколько раз почвенная очистка совершеннее искусственной	1.1	2,2	3,3	4,3	1,03

Приведенные данные, также подтверждают высокую эффективность почвенной очистки сточных вод. При этом на полях орошения одновременно с доочисткой происходит утилизация городских сточных вод как источника влаги и удобрительных веществ, для выращивания сельскохозяйственных культур.

Следовательно, в условиях Южного Казахстана сточные воды являются не только источником поливной воды, но и ценных удобрений. Подсчитано, что удобрительное действие городских сточных вод в количестве 2000 м³/га равносильно применению 2 ц аммиачной селитры, 1,5 ц хлористого калия и 0,5 ц суперфосфата. Не менее важно также, что питательные вещества сточных вод находятся в растворенном, хорошо усвояемом для растений виде и поступают в почву вместе с водой. Почва обогащается азотом, фосфором, калием и другими важнейшими элементами питания растений.

Только в бытовых (городских) сточных водах республики, по предварительным данным, содержится 10600 т азота, 3600 т фосфора и 9500 т калия, которыми можно было бы удобрить более 300 тыс.га сельскохозяйственных угодий. Следовательно, одним из основных агромелиоративных и экологических показателей при сельскохозяйственной утилизации сточных вод в проливном земледелии является оценка их удобрительных свойств.

Так как различают два вида орошения сточными водами: увлажнительное и удобрительное орошение проводится сточными водами с повышенной концентрацией питательных элементов (животноводческие стоки, стоки предприятий пищевой промышленности).

Согласно разработанной нами классификации (ВСН 32-2.2-86), удобрительная ценность городских сточных вод, прошедших полную биологическую очистку с содержанием элементов питания: азота <50, фосфора <10 и калия <30 мг /л - относится к низкой III группе. Удобрительные свойства сточных вод г. Алматы нами изучаются 1976 года. В начале период исследований (1976-1980 г.г.) на очистных станциях города действовала только механическая очистка, после которой сточная вода сбрасывалась в накопитель Жаманкум. В этот период качество сточных вод исследовалось после очистных сооружений и в пруде накопителе сточных вод Бурундайского хозяйства (таблица 2).

Таблица 2 - Удобрительные свойства сточных вод г. Алматы (1976-1980 г.г) и после механической очистки, мг/л

Пункт отбора проб	Азот (N)	Фосфор (Р2О5)	Калий (К2О)
После очистных сооружений (механическая)	30,6-36,1	7,1-10,4	16,5-18,4
Пруд-накопитель Бурундайского хозяйства мг/л/% снижения	18,5-26,4 40-27	2,6-4,6 60-55	8,6-12,3 48-33

Из сравнения удобрительных свойств сточных вод после очистных сооружений и в пруде-накопителе (период накопления 5-6 месяцев не вегетационного периода) видно, что в пруде-накопителе произошло самоочищение по азоту на 27-40%, фосфору – на 55-60% и калию на 33-48%.

При этом величина ХПК снизилась с 200-250 до 33-55 мг/л, БПК₅ – с 119-150 до 17-43 мг/л. Это объясняется тем, что пруд-накопитель, наряду с водорегулированием, выполняет роль биологического пруда. Тем не менее, удобрительные качества сточных остается в III категории. С 1980 года введены в эксплуатацию станция биологической очистки. Показатели удобрительных свойств приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Показатели удобрительных свойств сточных вод г. Алматы, мг/л (после биологической очистки,1986-1991 и 1999-2012 г.г)

Пункт отбора проб	Азот		Фосфор		Калий
	1986-1991	1999-2012	1986-1991	1999-2012	1986-1991	1999-2012
Вододелитель (отводной канал)	21,4-29,2 30-20	10-16,1 65-55	4,6-6,1 35-40	2,2-2,8 70-73	9,4-12,6 23-32	7,8-9,9 53-46
Сорбулак	26,8-27,2	16,6-26,8	6,8-7,1	2,7-6,8	13,0-13,4	8,8-13,4

Сравнение данных таблицы показывает, что после биологической очистки происходит некоторое снижение удобрительных свойств сточных вод: азота – на 20-65%, фосфора - на 35-70% и калия - на 23-53%. При этом отмечается большая разница по годам. Так, если до 1984 года эффект очистки биологической станции не превышал 50%, то к 1995 г. Он достиг по взвешенным веществам 95%, БПК₅-92%, к 2000 году - по взвешенным веществам - 96%, БПК - 89,5 и ХПК - 92,3%. Усовершенствование сооружений биологической очистки и других сооружений позволили довести степень очистки до необходимого уровня. Тем не менее, как было отмечено выше, и в этих условиях имеется остаточное загрязнение по органическим веществам.

Таблица 4 - Потери питательных веществ и органической массы при различных способах очистки сточных вод (К. Стехлик, Чехословакия, 1972)

Питательные вещества	Убыль питательных веществ, в %
	При механической чистке	При механич+ биологич. очистка активаций	При механич+ биологич. очистка на биофильтрах	В окислительных каналах
Азот, всего	10-30	25-45	40-55	10-50
К2О	0-10	0-10	0-10	0-10
К2О	25-35	35-45	Не проведено
Органическая масса	30-44	40-60	Не проведено

Потери питательных веществ, при различных способах очистки, отмечены и в других исследованиях.

Таблица 5 – Сравнительная эффективность различных методов очистки бытовых сточных вод, % (Е.И.Гончарук,1976)

Методы очистки	Уменьшение
	БПК5	Взвешенные вещества	Количество бактерий
Механическая	30-35	50-60	40-50
Биологическая (на биологических фильтрах на сооружениях с активным илом)	70-80 75-85	70-80 85-90	85-90 90-95
На полях орошений	90-95	90-95	90-95

При сравнении количества азота, фосфора и калия после очистных сооружений в отводном канале с их количеством в составе вод оз. Сорбулак (до 1988 года действовал накопитель Жаманкум, который перестал существовать в результате прорыва сточных вод в реку Каскелен) и в пруду накопителе Бурундайского хозяйства, прослеживается уменьшение количества азота и фосфора, в содержании же калия существенных изменений не наблюдается (таблица 6).

Таблица 6 - Удобрительные свойства сточных вод г.Алматы в различные годы исследований, мг/л

Пункт отбора проб	период	показатели
		Азот ( N)	Фосфор (Р2О5)	Калий (К2О)
После механической очистки в отводном канале	1976-1980	33	26	12
После биологической очистки в отводном канале	1980-1990	29,2	6,11	12.6
	1990-2000	16,1	4,5	11,8
	2001-2002	17,7	3,4	13,2
Озеро Сорбулак	1980-1990	27,1	6,9	13,2
	1990-2001	18,2	0,55	12,4
	2001-2002	15,1	2,5	11,6
Пруд накопитель Бурундайского хозяйства	1976-1980	23,7	3,2	10,6

Значительное снижение удобрительных свойств сточных вод в 1990-2000 годы связано с закрытием в г.Алматы многих промышленных предприятий. Снижение количества питательных элементов в пруду накопителя Бурундайского хозяйства и оз. Сорбулак произошло в процессе транспортирования сточной воды (до пруда накопителя Бурундайского хозяйства – 20-25 км, до оз. Сорбулак – около 100 км)(4).

В этих условиях транспортирующих коллектор является своеобразным очистным сооружением, в котором сточная вода, протекая по нему, лучше перемешивается, возрастает ее дисперсность, ряд органических веществ подвергается гидролизу. Кроме того, в прудах-накопителях доочистка сточных вод протекает в условиях наиболее близких к естественному ходу самоочищения водоема. Она складывается из нескольких самостоятельных и взаимосвязанных процессов: механического осаждения, биофлокуляции, аэробного окисления, анаэробного распада, метанового брожения, фотосинтеза и др.

Анализ и оценка удобрительных свойств городских сточных вод городов Южного Казахстана показали, что все они относятся в III группе с низкой удобрительной ценностью (таблица 7).

Таблица 7 – Среднее содержание питательных веществ в городских сточных водах Южного Казахстана, мг/л

Город	Азот	Фосфор	Калий
Алматы (после биоочистки)	33	14	12
Шымкент (после мех.очистки)	27	16	15
Тараз (после мех.очистки)	38	15	19
Кызылорда (после биоочистки)	21	5,2	22

Удобрительные качества этих вод по содержанию в них азота, фосфора, и калия не могут оказать существенного влияния на повышение плодородия почв. Учитывая недостаток питательных веществ Южного Казахстана, орошение городскими сточными водами рекомендуется сочетать с обязательным внесением необходимых норм органических и минеральных удобрений. Необходимая доза удобрений рассчитывается по выносу растениями питательных веществ их почвы с учетом их содержания в поливной воде и почве.

Сточные воды АО «Казфосфат» характеризуются в основном щелочной реакцией, невысокой минерализацией (0.7-0.9 г/л), тип химизма по годам нестабильный. Химические реакции сточных вод отражают перерабатываемого сырья, с которым техническая вода соприкасается в производственных процессах. По группе пригодности сточных вод для орошения эти относятся к третьей группе, требующей проведения промывочного режима орошения при обеспеченной дренированности с ограниченным составом культур. Соотношение катионов неблагоприятное, возможно осолонцевание почв: относятся к сточным водам с низкой удобрительной ценностью. Содержание фтора, фосфора общего и фосфора растворимости колеблются в больших пределах: фтор – 2,7- 12,1; фтор общий 13,8- 85,0; фосфор растворимый – 5,2-62,3. Содержание фтора – за пределами допустимого содержания в природной воде.

Хозяйственно-бытовые и производственные сточные воды ТОО «БМ» подвергаются очистке на сооружениях полной биологической очистки. Степень очистки БПК₅ и ХПК составляет90-95%, их содержание после очистных сооружений соответствует грязным водам. После биологической очистки относятся к сульфатному классу второго типа (SO₄-Cl-Na). По суммарному содержанию солей (1,1-1,6 г/л) отвечают предъявляемым требованиям к оросительной воде и могут быть использованы для орошения сельскохозяйственных культур на всех типах почв. По содержанию органических веществ (БПК₅) относится к категории очень грязных вод. По соотношению БПК₅ и ХПК, равному 0,4 близки к хозяйственно-бытовым водам, доочистку которых целесообразно проводить почвенно-биологическим путем. По соотношению катионов при поливе возможно развитие процесса натриевого осолонцевания.

Выдерживание сточных вод после очистных сооружений в пруду намного улучшает их качественные показатели: минерализация уменьшается в 2-3 раза (0,45-0,51 г/л), меняется химический состав, вода переходит к гидрокарбонатно-хлоридно-кальциевым водам (НСО₃-Cl-Ca), соотношение катионов меняется в положительную сторону.

Рассмотрение теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в различных зонах ближнего и дальнего зарубежья, выяснило, что при использовании слабоминерализованных городских сточных вод в качестве поливной воды основным отрицательным компонентом, негативно влияющих на геохимический режим почвы, является соотношение катионов, особенно в сточных водах оз. Сорбулак. Повышение содержание натрия (Na) в поливной воде, может способствовать вытеснению кальция (Са) и магния (Mg) из поглощающего комплекса почвы и увеличению в нем количества натрия (Na), то есть возможен процесс осолонцевания почвы, но при этом надо учесть, что анионы слабых кислот в сточных водах представлены органическими кислотами, которые при соответствующем водном режиме активизирует кальции почвы, тем самым способствует улучшению водно-физических и геохимических свойств почвы.

Выводы:

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

- в прудах накопителях в процессе естественного хода самоочищения водоема под влиянием биоценоза улучшаются санитарно-гигиенические и ирригационное показатели сточных вод;

- городские сточные воды относятся к Ш группе с низкой удобрительной ценностью и при использовании их в орошаемом земледелии рекомендуется обязательное внесение необходимых норм органических и минеральных удобрений.

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. - 170-186 с.

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. - 239 - 245 с.