Використання стічних вод для поливу рослин є важливим резервом інтенсифікації сільського господарства. Багаторічні дослідження показали, що при систематичному цілорічному зрошенні стічними водами і дотриманні оптимального поливного режиму суттєво підвищується родючість ґрунту, збільшується вміст гумусу, загального і гідролізованого азоту, рухливих форм фосфору і калію тощо.
Зрошення орних земель стічними водами позитивно впливає на ріст, розвиток, урожайність сільськогосподарських культур та їх якість. Урожайність сільськогосподарських культур при поливі стічними водами підвищується у 2 – 3 рази, а багаторічних трав – у 3 – 5 разів. Зелена маса трав, які вирощені на зрошувальних ланах, містить більше сирого протеїну, золи, кальцію, фосфору і менше цукру порівняно з неполивною травою, що збільшує їх засвоєння до 84 – 96%.
Таблиця 1. Урожайність і якість зеленої маси кукурудзи
| Варіант | Урожайність зеленої маси, ц/га | Вміст, % на суху речовину | Збір білка, ц/га | ||
| N | Р305 | К20 | |||
| Без зрошення – контроль | 173 | 1,03 | 0,61 | 1,00 | 3,3 |
| Зрошення чистою водою | 289 | 1,15 | 0,66 | 1,14 | 5,7 |
| Зрошення стічними водами | 449 | 1,27 | 0,69 | 1,31 | 9,6 |
| Зрошення стічними водами + 60 т/га осаду | 657 | 1,30 | 0,70 | 1,44 | 14,9 |
Кожен рік тільки тваринницькими комплексами України скидається близько 1 млрд. м3 стічних вод. У цьому об’ємі стоків міститься понад 2 млн. т аміачної селітри, більше 1 млн. т калійних і фосфорних солей. Так у 1000 м3 стоків комплексу великої рогатої худоби міститься 180‑460 кг азоту, 80‑200 фосфору і 350‑700 кг калію, що робить ці води відмінним органічним добривом. Тому використання стічних вод для поливу рослин повинне стати доброю альтернативою використанню штучних мінеральних добрив. Але такі води відрізняються великим вмістом патогенних мікроорганізмів, яєць гельмінтів та інших паразитів, що робить їх джерелом небезпечних хвороб.
Вимоги до якості стічних вод
При використанні стічних вод для поливу рослин їх необхідно очистити від грубодисперсних домішок та знезаразити. Згідно “Порядку повторного використання очищених стічних вод та осаду стічних вод за умови дотримання нормативів гранично допустимих концентрацій забруднюючих речовин” (Наказ Міністерства розвитку громад, територій та інфраструктури № 1025 від 08.11.2023) стічні води та осад, які використовуються для удобрювання ґрунтів та використання як альтернативного виду палива, повинні бути знезараженими.
Згідно ВНД 33-5.5-02-97 «Якість води для зрошення. Екологічні критерії» воду вважають придатною для зрошення, якщо вона відповідає таким вимогам:
- колі-індекс не перевищє 1000 одиниць в 1 л;
- індекс колі-фагів не більше 100 одиниць в 1 л;
- вміст епідеміологічно небезпечних збуджувачів тифу, паратифу, патогенних ешерихій, сальмонел не допускається;
- вміст життєздатних яєць гельмінтів не допускається.
Метод фотобіологічного очищення та знезараження стічних вод
З метою доведення стічних вод тваринних комплексів до вимог нормативної документації науковцями Інституту кліматично орієнтованого сільського господарства Національної академії аграрних наук України спільно з інженерами Харківської інженерної компанії розроблений метод фотобіологічного очищення та знезараження стічних вод, який відрізняється універсальністю, екологічністю та економічністю.
Суть цього методу полягає у очищенні стічних вод за допомогою одноклітинних водоростей – Chlorella vulgaris та знезараження очищених стоків за допомогою ультрафіолетового (УФ) опромінення. Доцільність вибору саме цього типу мікроводоростей достатньо добре обґрунтовано проведеними дослідженнями.
Завдяки своїй здатності поглинати з води фосфати, азот та інші органічні речовини мікроводорості Chlorella vulgaris стають ефективним чинником очищення стічних вод. Здатність мікроводоростей Chlorella vulgaris поглинати розчинений у воді вуглекислий газ (СО2) та виробляти кисень (О2) збільшують ефективність очищення стоків.Це поєднує в собі переваги аеробних та анаеробних технологій біологічного очищення стічних вод і забезпечує високу ефективність очищення.
Суть технології
Технологія очищення стоків за допомогою мікроводоростей Chlorella vulgaris у наступному. Стічні води з тваринного комплексу спочатку направляються до спеціальних контактних відстійників, де вони контактують з мікроводоростями. В результаті такого контакту здійснюється процес гравітаційної седиментації стічних вод, тобто здійснюється осідання твердих частинок дисперсної фази. Це веде до очищення стоків від завислих речовин. Далі очищені стічні води надходять до фотохімічного реактору, де відбувається їх знезараження за допомогою технології активного окислення (ADVANCED OXIDATION PROCESSES) за участю інтенсивного УФ опромінення і активних OH-радикалів, які утворюються під впливом УФ випромінювання:
O2 + UV → OH–; H2O2 + UV → OH–;
де UV – ультрафіолетове випромінювання.
Спільний вплив УФ опромінення і активних радикалів дозволяє швидко і ефективно знищувати бактеріальну мікрофлору, яка знаходиться у стоках. При цьому висока окислювальна здатність ОН-радикалів дозволяє окислювати важкі метали і органічні речовини які знаходяться у воді. Це знижує токсичність знезаражених стічних вод і робить їх безпечними для подальшого використання.
Після знезараження очищені стічні води можуть бути використані для поливу рослин або спрямовані у будь-яке водоймище. Осад, який утворюється в результаті контакту неочищених стічних вод з мікроводоростями, підлягає осушенню на центрифузі, або шнековому чи фільтрувальному пресі. Після зневоднення осад направляється до знезаражуючих установок, які забезпечать його знезараження за допомогою енергозберігаючої технології озонування.
Інноваційний технологічний комплекс очищення та знезараження стоків тваринницьких комплексів ФОТОБІОНІКА
Технологічний комплекс ФОТОБІОНІКА спеціально розроблений для очищення стічних вод тваринницьких комплексів з метою їх подальшого використання у якості рідкого та зневодненого органічного добрива.
До складу технологічного комплексу входять:
- відстійники, де відбувається контакт первинних неочищених стоків з мікроводоростями Chlorella vulgaris;
- фотобіологічні реактори, які забезпечують вирощування мікроводоростей;
- система УФ знезараження очищених стічних вод;
- установка для зневоднення осаду, яка забезпечує зневоднення осаду до вологості 25 … 30%;
- установки знезараження зневодненого осаду озоном.
У якості відстійників можуть бути використані спеціальні басейни або резервуари з бетону або металу, або належним чином обладнані лагуни. Кількість і об’єм відстійників залежить від кількості стічних вод, які надходять на очистку. На розміри відстійників впливають штам, кількість та концентрація мікроводоростей, які вносяться у відстійники, температура навколишнього середовища та фізико-хімічний склад стічних вод. Тривалість процесу очищення становить 7 – 10 діб. В результаті контакту мікроводоростей з органічними речовинами, які знаходяться у стічних водах, здійснюється процес очищення стоків. У процесі очищення органічні речовини випадають у осадок, а вода стає прозорою і здатною до знезараження УФ опроміненням.
Очищені у відстійниках стічні води направляються до УФ установки, яка забезпечує їх знезараження бактерицидним УФ опроміненням. Далі знезаражені стічні води надходять до накопичувальних резервуарів, з яких вони розвозяться по ланах, де використовуються для зрошення сільськогосподарських земель.
Таблиця 2. Якісний склад рідкого та сухого добрива, яке отримано у процесі очищення стічних вод тваринного комплексу мікроводоростями Chlorella vulgaris
| Найменування | Концентрація споживчих речовин, кг/м3 | ||
| Свинячий гній | Рідке добриво (очищені стічні води) | Зневоднений осад | |
| pH | 7,64 | 9,06 | 8,23 |
| Азот загальний | 6,7 | 6,2 | 6,8 |
| Азот амідний (NH2) | 4,7 | 4,4 | 4,7 |
| Азот амонійний (NH4) | 1,8 | 1,6 | 2,0 |
| Фосфор | 2,4 | 0,8 | 0,36 |
| Калій | 8,6 | 5,5 | 8,9 |
| Сірка | 1,7 | 1,6 | 1,9 |
Фотобіологічні реактори ФОТОБІОНІКА-100
Для вирощування мікроводоростей найбільш доцільним є використання спеціальних фітобіологічних реакторів трубчатого типу ФОТОБІОНІКА-100.
Основною перевагою цих фотобіореакторів є:
- висока продуктивність;
- мінімальні габарити та оптимальні режими вирощування мікроводоростей;
- можливість вирощування мікроводоростей на протязі усього року;
- простота обслуговування та економічність.
Знезараження очищених стоків
Для знезараження очищених стічних вод використовуються спеціальні знезаражуючі УФ установки серії ВОДОГРАЙ (для країн ЄС – WATERLIGHT) з вбудованою системою очищення захисних кварцових трубок (рис. 3). УФ установки цієї серії мають високу ефективність знезараження і відрізняються простотою і надійністю у роботі.
УФ знезараження відноситься до однієї з самих ефективних технологій дезінфекції води. До основних переваг цієї технології відносяться:
- висока ефективність знешкодження всіх типів бактерій, вірусів, плісняви та інших мікроорганізмів;
- в результаті спільної дії УФ опромінення і окиснювача забезпечується ефективне знищення небезпечних паразитів, які присутні у стічних водах тваринницьких комплексів;
- ефективність УФ знезараження залежить тільки від прозорості води, яка знезаражується, та кількості поглинутої бактерицидної енергії;
- УФ опромінювання не змінює хімічного складу фізико-хімічних властивостей води;
- знезараження води відбувається практично миттєво, що дозволяє відмовитись від використання контактних камер;
- УФ знезараження не потребує використання хімічних реагентів;
- незалежність ефективності знезараження від кислотно-лужного балансу води (pH) і наявності у воді солей жорсткості;
- низька собівартість УФ знезараження, яка дешевше ніж будь-яка інша знезаражуюча технологія.
Знезараження зневодненого осаду
Зневоднення осаду стічних вод можна здійснити на шнекових дегідраторах, або на стрічкових чи камерних фільтр-пресах. Дегідратація здатна забезпечити зневоднення осаду стічних вод до вологості 25 … 35%.
Знезараження зневодненого осаду здійснюється за допомогою озону (рег. CAS №10028-15-6) в установках роторного типу серії БОЗОН-М. В установках БОЗОН-М озон виробляється з атмосферного повітря. Для отримання озону потрібна тільки електрична енергія, питомі витрати якої не перевищують 10 кВт∙годин/т зневодненого осаду. Озон доволі швидко (протягом кількох десятків хвилин) перетворюється на звичайний кисень і не чинить шкідливого впливу на навколишнє природне середовище.
Технологія знезараження зневодненого осаду озоном об’єднує в собі всі переваги наявних методів фізичного та хімічного знезараження. Висока ефективність знезараження осаду забезпечується високою біоцидною здатністю озону та конструкцією камери знезараження, яка обертається навколо своєї осі. Озон ефективно знищує патогенні та непатогенні мікроорганізми, бактерії, віруси, цисти та інших паразитів. Завдяки високій окиснювальній здатності озон ефективно руйнує токсичні речовини. Озон окислює важкі метали та зменшує токсичність шкідливих речовин, які знаходяться у осаді, перетворюючі їх на менш токсичні. Озонування знищує специфічні запахи, які притаманні стічним водам тваринницьких комплексів.
Зневоднений і знезаражений осад може пакуватися в поліпропіленові мішки (БІГ-БЕГ) і направлятися до споживача.
Основні переваги технологічного комплексу ФОТОБІОНІКА
Технічні рішення, які покладені в основу технологічного комплексу ФОТОБІОНІКА, роблять його гарною альтернативою наявним технологічним комплексам очищення та знезараження стоків, що засновані на використанні термічних або хімічних методів знезараження.
Технологічний комплекс очищення та знезараження стоків тваринницьких комплексів ФОТОБІОНІКА здатний:
- забезпечити глибоку переробку небезпечних стічних вод тваринницьких комплексів у безпечні органічні добрива;
- використовувати стічні води тваринницьких комплексів і зневоднений осад для збільшення урожайності сільськогосподарських культур;
- забезпечити ефективне використання дефіцитної води, яка використовується для зрошення орних земель;
- зменшити використання штучних мінеральних добрив;
- захистити навколишнє середовище від забруднення небезпечними відходами тваринницьких комплексів.
Головне
Використання очищених стічних вод для зрошення сільськогосподарських земель є одним з найбільш простих і вигідних способів утилізації стічних вод тваринницьких комплексів. По-перше, це дозволяє економити дефіцитні водні ресурсу, які витрачаються для зрошення орних земель. По-друге, використання стічних вод для зрошення сільськогосподарських земель здатне забезпечити:
- суттєве збільшення врожайності сільськогосподарських культур;
- підвищення родючості ґрунту;
- зменшення споживання мінеральних добрив;
- зменшення кількості нітратів у сільськогосподарських культурах;
- утилізацію гною і гнійних стоків;
- охорону водойм і навколишнього середовища від забруднення;
- зменшення санітарно-захисної зони навколо тваринницького комплексу.
Найбільш ефективним є удобрювання орних земель очищеними знезараженими стічними водами разом з додаванням знезараженого осаду цих вод.
Одним з основних критеріїв використання стічних вод тваринницьких комплексів і їх осаду для поливу орних земель є рівень їх мікробіологічного забруднення. Використання УФ опромінення і озону здатне забезпечити ефективне знезараження очищених стічних вод і зневодненого осаду без використання їх термічної обробки і сторонніх хімічних реагентів. Це робить процес знезараження не тільки ефективним, однак і екологічним. При цьому витрати енергії, яка необхідна для очищення та знезараження стоків і їх осаду, у десятки разів менші, ніж при використанні термічних методів знезараження.
Технологічний комплекс ФОТОБІОНІКА забезпечує ефективне очищення та знезараження стічних вод тваринницьких комплексів і їх осаду за допомогою сучасних екологічно безпечних технологій з мінімальними капітальними та експлуатаційними витратами.
Державна підтримка сільхозвиробників, які використовують меліоровані землі
Чинним законодавством передбачено надання особливої державної підтримки суб’єктам агробізнесу, які використовують меліоровані землі. Процедуру надання такої підтримки деталізовано в Порядку використання коштів, передбачених у державному бюджеті для надання державної підтримки сільськогосподарським товаровиробникам, які використовують меліоровані землі, та організаціям водокористувачів, який затверджено постановою Кабінету Міністрів України в новій редакції від 20 жовтня 2023 року № 1110.
