WATER TREATMENT AT AGRO-INDUSTRIAL COMPLEXES

Объекты агропромышленного комплекса (АПК), используют воду в различных целях и объем потребляемой ими воды достаточно велик, при общем ежегодном изъятии воды, как ресурса, из природных водных объектов превышающем 60 км3 воды, до четверти приходится на агропромышленные комплексы, даже такие приближенные данные позволяют отнести сельское хозяйство к  крупнейшему водопотребителю. В различных регионах забор воды на нужды АПК значительно разнится в зависимости от отраслевой принадлежности регионов.

Учитывая, что РФ по показателю ресурсообеспеченности (водными ресурсами) занимает второе место в мире, недостатка воды различные отрасли не испытывают. В целом вода забирается из речного стока, а качество воды может серьезно разниться с нормативами.

Источником интенсивного загрязнения водных объектов являются  химические соединения техногенной природы. Например, проблема очистки сточных вод горнодобывающей промышленности кардинально не решена ни в одной стране, в связи с невозможностью применения универсальной схемы очистки стоков. Так как каждое месторождение имеет свою географическую и геологическую специфику, стоки, образующиеся при его разработке, будут отличаться уникальным качественным и количественным составом. На сегодняшний день требуется выработка комплексного подхода к работе по улучшению природной среды и экологических условий жизни человека, исследование проблем посттехногенной среды на предмет контаминантного загрязнения [1], [2], [3], [4].

В  сельском хозяйстве вода используется с различными целями, что определяет ее качество, бытовые ли это нужды, технические или производственные, санитарные нормы и правила четко диктуют целый ряд показателей контролируемых в воде, имеющих широкий диапазон значений. Так или иначе, вода направленная на производственные цели (полив сельскохозяйственных культур, рыборазведение, и т.д.) должна соответствовать действующим нормам СП 31.13330.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», исключением являются цели с жёсткими  условиями к качеству воды, приравненными к требованиям питьевой воде, которые зафиксированы в СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»  [5], [6], [7].

В случае использования воды из централизованных сетей водопользования, ее качество соответствует стандартам, но при непосредственном изъятии воды из поверхностных источников необходимо учитывать ее уровень загрязнения, в том числе такие показатели как уровень взвешенных веществ, концентрации токсичных контаминантов органического и неорганического происхождения, а так же присутствие микроорганизмов (паразитов, бактерий, повышающих уровень заболеваемости).

Цель исследований – провести анализ состояния водохозяйственного комплекса АПК.

Качественный и количественный состав используемой на предприятиях АПК воды формируется в результате удаленности комплексов от водоподготовительных станций или водонапорных узлов и определяется протяженностью водопроводных магистралей распределительной системы и риском  вторичного загрязнения, и непосредственный потребитель получает воду, не отвечающую ни одним требованиям, особенно предъявляемым в соответствии с СанПиН 1.2.3685–21.

Для того, чтоб обеспечить высокий урожай культурных растений (овощных и плодово-ягодных культур) необходимо осуществлять своевременный и качественный полив. Тепличные хозяйства регулярно применяют значительные объемы воды. При водоподготовке для растениеводства необходимо обязательно учитывать, что разным культурам для роста необходима вода определенного качества;  отдельные показатели качества воды могут оказывать влияние на оборудование для нагрева воды в теплицах и функционирование оросительных систем [8-10].

Для полива сельскохозяйственных культур в качестве источников водоснабжения возможно применение поверхностных вод и воды из артезианских скважин, колодцев. Однако, учитывая высокую себестоимость воды системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, в промышленных масштабах для полива овощных и плодово-ягодных культур ее применяют нечасто. Чаще всего для этих целей применяют воду непосредственно из поверхностных водоемов, однако она требует предварительной очистки от механических примесей, токсических контаминантов и биологических загрязнений.

В артезианской воде могут содержаться механические примеси (до 500 мкм), а так же присутствуют значительные концентрации железа, которые в процессе его окисления могут забивать поливное оборудование и нарушать его работу в процессе применения такой воды в качестве полива, кроме того почва приобретает рыжую окраску. В колодезной воде также могут присутствовать соединения железа, остатки пестицидов и сельскохозяйственных удобрений.

Основными показателями качества воды, применяемой для полива, являются: содержание бикарбонатов; хлоридов, сульфатов, кальция, магния, железа, цинка, марганца, бора и других.

Согласно национальному стандарту РФ ГОСТ Р 58331.3-2019 «Системы и сооружения мелиоративные. Водопотребность для орошения сельскохозяйственных культур. Общие требования» в стране установлены нормативы водопотребности для орошения овощных и  плодово-ягодных культур по областям Сибирского, Уральского, Центрального и других федеральных округов.

В зависимости от вида сельскохозяйственной культуры предъявляются требования к составу воды, применяемой для полива. Требования к качеству поливной воды для некоторых тепличных культур представлены в таблице 1.

 Основные распространённые проблемы водоподготовки в растениеводстве можно назвать следующие:

- При избытке железа в воде наблюдается засорение каналов оросительных систем, окрашивание и эрозия почвы. Вода, оставленная на открытом воздухе на несколько часов, в присутствии железа приобретает коричневую окраску. В следствие быстрого окисления железа, возможно появление ржавчины и выход оборудования из строя, что чаще всего наблюдается при использовании воды из скважин или грунтовых вод. Такая вода не способствует поглощению железа растением в качестве питательного элемента.

- При избытке солей жёсткости в воде, используемой для полива, возможно образование накипи в системах подогрева теплиц, а как следствие, поломки оборудования. В следствие нарушения процессов питания растений, выщелачивания почв, образования осадков существуют риски роста затрат на удобрения для подпитки растений. При растворении твердых комплексных удобрений в состав которых входят фосфаты, может засоряться поливное оборудование, так как образуется осадок и увеличивается расход удобрений. Например, при увеличении концентрации солей жесткости до 1000 мг/л в воде, используемой для полива, в плодах томатов содержание фосфора снижается на 12-15%, азота - на 8-10%,  углеводов и белков - на 4-5%. Кроме того, в поливаемой почве увеличивается содержание щелочных соединений, вызывая нарушение ее кислотно-щелочного баланса. Для растений, предпочитающих кислую почву, возможно развитие хлороза. Вода в теплицах также применяется для обогрева помещений, следовательно, нагревательное оборудование может обрастать накипью при использовании жесткой воды.

- При превышении общей минерализации воды возможно засоление почв, засорение поливочного оборудования. Согласно данным РАН общая площадь засоленных земель в России, содержащих более 0,25% от ее массы солей (например, хлоридов натрия), составляет более 40 млн га. Известно, что лежкость выращенных плодовых культур снижается при избытке натрия в поливной воде, кроме того при превышении концентрации солей натрия выше 6 ммоль/л усвоение К+ и Са2+ в процессе роста растений затрудняется. Несмотря на то, что присутствие хлора оказывает положительное влияние на плотность плодов, во избежание снижения урожайности рекомендуется не увеличивать его концентрацию более 6 ммоль/л.

- При избытке органических веществ в воде затрудняется окисление растворённого в воде железа, увеличивается вероятность засорения оросительных систем и развития патогенных микроорганизмов.

- Присутствие механических загрязнений (песок, частицы грунта, ила, глины)  способствует выходу оборудования из строя, а различных токсических примесей (нефтепродукты, хлористые соединения, нитраты) - коррозийному воздействию внутри металлических конструкций поливочного оборудования, а также может оказывать негативное влияние на рост культуры и качество плодов.

Таким образом, существует множество факторов, определяющих качество воды. Учитывая допустимый уровень показателей воды, используемой для полива в теплицах, можно предложить рекомендации по показателям для воды, которой требуется очистка (таблица 2).

Таким образом, в схему водоподготовки и водоочистки в растениеводстве могут входить системы механической очистки воды, ионообменные установки умягчения воды, промышленные фильтры обезжелезиватели воды, системы обеззараживания; мембранные системы очистки воды (например, установки обратного осмоса). При очень высокой степени загрязнения воды возможно применение специальных реагентов, коагулянтов, флокулянтов, фильтров-корректоров рН, реагентных и безреагентных методов обеззараживания воды. Исходя из качественного и количественного химического состава поливной воды, требуемой мощности комплекса водоподготовки и поливных площадей может быть подобрана и рекомендована конкретная технологическая схема водоподготовки.