Тема 8-9. Современные технологии рационального использования водных ресурсов на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве

Поливное земледелие – главный потребитель водных ресурсов во многих регионах мира. Нормы расхода воды при выращивании сельскохозяйственных культур с применением традиционных технологий орошения. Отрицательные последствия использования воды для полива сельскохозяйственных культур: безвозвратные потери воды на испарение и фильтрацию, повышение уровня грунтовых вод и вторичное засоление почв, загрязнение поверхностных и грунтовых вод химикатами используемыми в сельском хозяйстве. Применение водосберегающих технологий в поливном земледелии. Капельное орошение – один из путей рационального использования воды при выращивании сельскохозяйственных культур. Технологии подготовки воды для подачи в систему орошения, технологии контроля уровня увлажнения почвы и дозированной подачи воды, технологии внесения элементов минерального питания в почву вместе с поливной водой. Технологические и климатические ограничения к применению капельного орошения в различных странах.

Корневая система при капельном орошении развивается лучше, чем при любом другом методе, вблизи увлажнения корни гуще, т.е. растение не тратит энергию и массу на рост корней вглубь, к воде, а развивается в условиях ее постоянного наличия в верхнем плодородном слое, на оптимальной для каждого растения глубине. При переходе от других типов орошения к капельному, процесс адаптации растения происходит достаточно быстро и безболезненно.

Питание растения при капельном орошении наиболее эффективно. Быстрое и интенсивное поглощение питательных веществ происходит вследствие большой развитости корневой системы на увлажненном участке почвы. Кроме того, отсутствие избыточного увлажнения, чередование сухих и влажных участков почвы и циркуляция воды по капиллярному принципу, позволяет макропорам оставаться почти сухими, воздух отсюда вытесняется водой не полностью. Если поверхностный полив сначала перенасыщает почву влагой, подвергая растения стрессу, затем до следующего полива почва переосушается - это другой стресс, тогда как капельное орошение малыми, но долго действующими дозами принуждает растение развиваться постоянно по времени.

Агротехнические операции при капельном орошении могут проводиться постоянно, так как междурядья остаются всегда сухими и сельскохозяйственная техника может беспрепятственно передвигаться по всему полю. Особенно это благоприятно сказывается на качество почвы, которая не подвергается уплотнению. Борьба с сорняками и болезнями упрощается, так как химические вещества в большинстве своем подаются вместе с оросительной водой. Температура почвы при капельном орошении выше, чем при поверхностном поливе, что также благоприятно сказывается на более раннем созревании растений.

Экологические преимущества заключаются в том, что при капельном орошении нет необходимости выполнять планировку поля под оросительную систему, т.е. снимать и удалять плодородный слой, закрепленный растительностью, часть оголяя неплодородные пылящие грунты. В горных и предгорных условиях предотвращается эрозия (размыв) почвы из-за больших естественных уклонов. Малые поливные нормы позволяют не только сохранить остродефицитные водные запасы, но и не допустить возможный вынос вредных веществ с дренажными стоками обратно в поверхностные или подземные источники.

Уменьшается вероятность распространения болезней и сорняков, переносимых в обычном поливе поверхностной оросительной водой, а также возникновение болезней почвы, могущих появиться в анаэробных (отсутствия воздуха) условиях в почве.

Трудовые затраты на эксплуатации систем КО значительно ниже бороздкового полива. 3-4 оператора могут управлять поливом в течении сезона на площади 150-200 га, благодаря автоматизации управления системой капельного орошения. Намного снижается потребность в использовании сельскохозяйственных машин за счет менее частой обработки почвы, внесению химикатов и удобрений с оросительной водой.

Учитывая, что капельное орошение дороже обычных способов полива, использовать его необходимо с максимальной отдачей, и только там, где без него не обойтись. Это прежде всего склоновые земли, где можно использовать естественный напор; песчаные почвы; земли с уже существующим машинным орошением и земли с недостатком оросительной воды. Следует учитывать еще и стоимость выращиваемых с/х культур. В свое время проектными институтами была выполнена схема по размещению капельного орошения в республике. А равнинные и освоенные земли с достаточностью оросительной воды следует переводить на капельное орошение, наверное, в последнюю очередь. Другими словами, подбор земель - это уже половина успеха. К сожалению, мы имеем негативный опыт, размещая капельное орошение там, где не было в нем жизненной необходимости.

Главное условие экологизации производства – рециркуляция, за счет которой увеличивается количество возвращенной в цикл воды и сокращается потребление потока В (воды и воздуха). Рассмотреть подробнее реализацию принципа цикличности материальных потоков возможно на примере организации замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий. Различают прямоточную и оборотную схемы водоснабжения.

При оборотном водоснабжении в производстве используются сточные воды после их очистки. Свежая вода забирается из водоемов лишь для компенсации безвозвратно теряемой воды.

Поскольку в зависимости от профиля предприятия на нем может образовываться до 10 различных видов сточных вод, выбор системы водоотведения имеет большое значение. Системы водоотведения промышленных предприятий делятся на общесплавные и раздельные.

Общесплавную систему водоотведения обычно применяют на небольших промышленных предприятиях с малым расходом воды в том случае, если состав производственных сточных вод близок по составу к бытовым стокам и если существует возможность попадания в дождевые воды загрязнений, характерных для производственных сточных вод.

Существуют различные типы раздельных систем отведения:

• с локальными очистными сооружениями;

• с частичным оборотом производственных вод;

• с полным оборотом производственных и бытовых стоков;

• с полным оборотом всех сточных вод.

Применение системы с локальными очистными устройствами целесообразно, если в сточных водах некоторых цехов или участков содержатся специфические загрязнения (например тяжелые металлы).

Раздельную систему с частичным водооборотом ПСВ применяют в том случае, если существует возможность повторного использования некоторых ПСВ после частичной очистки или охлаждения для водоснабжения конкретных цехов или участков предприятия.

Раздельная система водоотведения с полным оборотом всех сточных вод называется бессточной системой водопользования или замкнутой системой водного хозяйства промышленного предприятия. Ее целесообразно применять при большом расходе ПСВ и небольшом расходе воды из источника.

В зависимости от конкретных условий на предприятии возможно создание нескольких систем очистки с вариантами объединения различных видов стоков, а также создание нескольких оборотных централизованных систем.

Эффективность использования воды в производстве оценивается рядом показателей:

1. Процент оборота воды: Р_об =Q_об/(Q_об+Q_и)

2. Коэффициент использования воды: К_и= (Q_и – Q_сб)/Q_и; К_и1

3. Кратность использования воды: n= (Q_cб+Q_и+Q_с)/(Q_и+Q_с); n1

4. Безвозвратное потребление воды и ее потери в производстве (в %):

К_п=(Q_и – Q_сб)/(Q_об + Q_и)100,

где Q_об – количество оборотной воды,; Q_и – количество воды, забираемой из источника водоснабжения; Q_сб – количество воды, сбрасываемое предприятием; Q_с – поступление воды из сырья. Все объемные расходы даны в м³/ч.

Основные требования, предъявляемые к созданию замкнутых систем водоснабжения, можно сформулировать следующим образом:

• водоснабжение, канализация и очистка сточных вод рассматриваются как единая система водного хозяйства предприятия или региона;

• основу технического водоснабжения создает многократное использование воды, прежде всего, без очистки, а затем частично очищенной до качества, определенного условиями использования;

• очистка сточных вод должна, в первую очередь, ориентироваться на регенерацию локальных потоков отработанных технологических растворов и воды;

• методы очистки должны обеспечивать одновременное извлечение и утилизацию ценных компонентов (очистка в этом случае рассматривается не как вспомогательная, а как основная операция производства продукта).

Оборотная вода должна соответствовать определенным значениям показателей: карбонатной жесткости, рН, содержанию взвешенных веществ и биогенных элементов, значению ХПК (химическая потребность в кислороде) и др. Качество воды, используемой для технологических процессов, должно быть выше, чем воды, находящейся в оборотных системах. Качество воды, используемой в производстве, устанавливается в каждом случае в зависимости от ее назначения и требований технологического процесса с учетом состава используемого сырья, применяемого оборудования и особенностей готового продукта производства.

Оценка систем водного хозяйства предприятия производится путем сравнения некоторых показателей, таких как: удельный расход воды на единицу продукции, удельный расход реагентов, абсолютное количество товарного продукта, себестоимость, рентабельность и т.д. Для создания замкнутых систем водоснабжения промышленные сточные воды подвергают очистке различными методами, которые будут рассмотрены далее.

Литература

1. Гутенев В.В.,Денисов В.В. Промышленная экология. Учебное пособие. - Москва- Ростов-на-Дону, 2007.

2. Кузнецов А.Г., Градова Н.Б. Научные основы экобиотехнологии. – М.: Мир, .2006.

3. А.В. Анисимов. Прикладная экология и экономика природопользования. – Р-н-Д.: Феникс, 2007. – 317 с.

4. Н.Г. Комарова. Геоэкология и природопользование. – М.: Академия, 2008. – 192 с.

5. М.С. Тонкопий. Экология и экономика природопользования. – Алматы: Экономикс, 2003. – 592 с.

6. С.Н. Бобылев, А.Ш. Ходжаев. Экономика природопользования. – М.:МГУ, 2003- 567 с.