Збільшення промислового виробництва, розвиток сільського господарства на Інтенсивній основі, поліпшення побутових умов життя населення супроводжуються постійно зростаючим споживанням прісної води, скиданням великої кількості стоків у відкриті водойми. Основний напрям охорони природних вод від забруднення – припинення скидання в них стічних вод.

Стічні води – неминучі відходи життєдіяльності людства, це води, збагачені промисловими чи господарсько-побутовими скидами, які виводяться з територій населених пунктів і підприємств через каналізацію Вони забруднюються органічними й мінеральними речовинами До органічних належать мікроорганізми, фізіологічні виділення живих організмів, рослинні й тваринні рештки, хімічні сполуки. Серед мікроорганізмів нерідко зустрічаються хвороботворні, небезпечні для людини і тварин.

Мінеральні забруднення – це різні відходи виробництва, різноманітні суміші солей, а також мінеральні включення – пісок, мул, шлаки.

За фізичним станом забруднення бувають у твердому, завислому і розчиненому вигляді, тверді й завислі речовини стічних вод виводяться при механічному очищенні на спеціальних пристроях та у відстійниках. Органічні речовини стоків небезпечні в санітарному відношенні й повинні підлягати за допомогою мікроорганізмів розкладенню до мінеральних сполук.

Стічні води, які пройшли механічне очищення, називаються освітленими, неочищені – неосвітленими. Удобрювальна цінність стічних вод, яка визначається джерелом виникнення, залежить від наявності в них поживних речовин і корисних ґрунтових мікроорганізмів. У 1000 м³ господарсько-побутових стічних вод міститься 15‑88 кг азоту, 16‑18 калію, 12‑16 фосфору, 20‑150 кг кальцію й магнію, тобто стільки ж, скільки можуть дати 12‑16 т гною. Стічні води тваринницьких комплексів ще багатші поживними речовинами в 1000 м³ стоків комплексу великої рогатої худоби міститься 180‑460 кг азоту, 80‑200 фосфору і 350‑700 кг калію.

Нині вихід стічних вод з тваринницьких комплексів країни становить близько 1 млрд. м³ на рік. У цьому об'ємі стоків міститься кількість поживних речовин, еквівалентна 2 млн. т аміачної селітри, по 1 млн. т калійних і фосфорних солей.

У результаті скидання таких стічних вод у відкриті водойми відзначається прогресуюче забруднення річок, водосховищ і навіть підземних басейнів, води яких у багатьох випадках стають непридатними навіть для комунального й виробничого споживання.

Світова практика випробувала багато способів зменшення чи припинення скидання стічних вод у відкриті водойми: впровадження оборотної системи водопостачання, безводних технологій виробництва, випаровування скидних вод, поповнення підземних водоносних горизонтів шляхом їх вбирання у ґрунт на полях фільтрації.

Розроблено і перевірено у виробництві багато методів очищення стічних вод: механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні й комбіновані.

Механічні методи призначені для фракціонування і виділення із стоків грубодисперсних домішок шляхом відстоювання, фільтрації чи центрифугування; хімічні – шляхом нейтралізації шкідливих речовин іншими речовинами – меліорантами; фізико-хімічні – для фракціонування і обеззаражування шляхом коагуляції, пінної флотації чи гідролізу; біологічні по аеробному й анаеробному типу – для переробки й обеззаражування з використанням мікроорганізмів; комбіновані методи включають елементи механічного, фізико-хімічного й біологічного очищення. Слід відзначити, що жоден із цих методів не забезпечує повного очищення стічних вод. Тому основний напрям запобігання відкритих водних джерел забрудненню – постійне зменшення з наступним повним припиненням скидання стічних вод у ріки і водойми.

Найбільш простим і вигідним способом утилізації стічних вод є використання їх на ЗПЗ. Це – спеціалізовані меліоративні системи, призначені для приймання попередньо очищених стічних вод з метою використання їх для зрошення і удобрення сільськогосподарських угідь, а також доочищення в природних умовах.

В Україні нині змішаними стоками зрошується 70 тис. га, промисловими – 10 і тваринницькими – 20 тис. га.

Використання стічних вод на ЗПЗ дає змогу вирішувати такі завдання: підвищення родючості ґрунту, збільшення врожайності сільськогосподарських культур, утилізація гною, гнійних стоків і охорона водойм від забруднення. На ЗПЗ, як і на спорудах штучного біологічного очищення, відбувається біохімічне окислення органічних речовин, засвоєння рослинами біогенних елементів і обеззаражування патогенної мікрофлори.

На ЗПЗ застосовують не тільки стічні води, а і їх осади, які представляють собою цінне органічне добриво. Азот у біомасі мулу стічних вод міститься в основному в змінній і білковій формах, які легко мінералізуються в ґрунті й активно впливають на її гумусовий стан.

Розрізняють такі види ЗПЗ: з цілорічним прийманням стічних вод та цілорічним зрошенням; з цілорічним прийманням стічних вод у регулюючіємкості та зрошення культур у вегетаційний період; із прийманням стічних вод і зрошенням тільки у вегетаційний період.

У практиці зрошуваних господарств України найбільше застосовують сезонне використання стічних вод. На поля їх подають у теплий період року для вологозарядкових і вегетаційних поливів. В осінньо-зимовий період стічні води акумулюються в спеціальних нагромаджувачах і водосховищах. Якщо є труднощі з акумуляцією великої кількості стічних вод, тоді частину їх використовують для водообігового постачання, а залишок скидають у водойми після біологічного очищення.

ЗПЗ створюють на всіх типах ґрунтів, проте перевагу слід віддавати ґрунтам з хорошою водопроникністю і аерацією – супіскам і легким суглинкам. Під ЗПЗ в першу чергу відводять малородючі чи бросові землі, процес окультурювання яких завдяки органічним речовинам стічних вод відбувається дуже швидко. Глинисті ґрунти стоками зрошувати небажано, бо внаслідок низької водопроникності на них не можна застосовувати високі поливні норми, а поліпшення водно-фізичних властивостей потребує великих і не завжди виправданих витрат. Не можна застосовувати стоки на ділянках з близькими (менше 1,2 м) заляганням підґрунтових вод, щоб не допустити засолення і заболочення ґрунту.

Категорично забороняється використовувати стічні води у місцях виклинення водоносних горизонтів, що може призвести до забруднення артезіанських вод. Не допускається розміщення ЗПЗ і на ділянках, що затоплюються під час повені.

При будівництві й експлуатації ЗПЗ слід враховувати такі санітарно-гігієнічні вимоги: ділянки повинні бути сплановані й обнесені валом, який запобігає скиданню стічних вод; відстань до населеного пункту має бути не менше 250‑300 м; на полях зрошення повинні бути спеціальні приміщення для приймання їжі, відпочинку, зберігання поливного реманенту і спецодягу; персонал, що працює із стічними водами, повинен добре знати санітарні правила, правила особистої гігієни, щорічно підлягати профілактичному щепленню проти кишкових інфекцій і обстеженню на гельмінти з подальшою дегельмінтизацією.

Неосвітленими стічними водами можна поливати: у безвегетаційний період – усі без винятку культури; у вегетаційний період ‑ технічні, кормові й зернові культури, декоративні насадження, багаторічні й однорічні трави при умові, що їх не будуть відводити під випасання; вегетаційні поливи необхідно припиняти: під плодові – за 2 місяці, під овочеві – за 20 днів, а під усі інші культури – за 14 днів до збирання врожаю; карантинний строк між останнім поливом і початком випасання пасовищного корму також має бути не менше 14 днів; овочі, зібрані із зрошуваних ділянок, треба складати на підстилку чи в тару, але не на ґрунт; при зрошенні стічними водами слід застосовувати заходи, які виключають забруднення артезіанських вод, нагромаджувачі-змішувачі повинні мати протифільтраційні екрани; в процесі експлуатації ЗПЗ необхідно періодично здійснювати контроль за хімічним складом стічних вод, а також за рівнем і станом підґрунтових вод, для чого в системі ЗПЗ треба передбачати будівництво гідрорежимних свердловин.

Відповідальність за правильну роботу ЗПЗ, охорону праці робітників, дотримання ветеринарних і санітарно-гігієнічних вимог покладається на керівника господарства.

Основні гігієнічні вимоги до сільськогосподарського використання гною і гноївки тваринницьких ферм і комплексів, спрямовані на охорону навколишнього середовища від забруднення та інвазійних захворювань серед людей і тварин, включають таке: застосування гною і гноївки недопустиме в зонах санітарної охорони курортів, вододжерел і мінеральних джерел, а також при виході на поверхню карстових та шпаруватих порід; перед подачею на поля гній і гноївка повинні пройти карантинне витримування у гноєсховищах не менше 6 Діб, за цей час вони звільняються від патогенних мікроорганізмів і яєць гельмінтів; знезараження під час епізоотій за допомогою формальдегіду в карантинних ємностях; механічна обробка рідкого гноюз метою виділення з його маси твердих часток; попередня підготовка гноївки в спорудах штучного біологічного очищення чи біологічних ставках; тверду фракцію гною треба компостувати на спеціальних гідроізольованих майданчиках протягом 6‑8 місяців, причому половина цього строку має припадати на теплий період року.

На ЗПЗ при використанні гною і гноївки можливе зараження тварин яйцями гельмінтів, тому зелену масу кормових культур слід силосувати протягом 45‑60 діб або переробляти на вітамінне борошно.

Ефективність роботи ЗПЗ залежить від якості стічних вод, вирощуваних сільськогосподарських культур та їх агротехніки.

Якість стічних вод та їх види. Якість стоків нестабільна, змінюється за роками, сезонами і навіть протягом доби. Хімічний склад та агрономічна цінність визначаються джерелом, яке забезпечує скид. Склад стічних вод залежить не тільки від належності підприємства-водокористувача до тієї чи іншої галузі, але й від технологій виробництва і способів очищення. Навіть на одному підприємстві різні цехи і виробництва формують стічні води різного хімічного складу.

Вихід стічних вод від тваринницьких об'єктів також може варіювати за обсягом і хімічним складом не тільки залежно від віку тварин, їх раціону і утримання, але й від способу гноєвидалення, а також прийнятої схеми підготовки і очищення стоків, які містять гній.

За походженням стічні води діляться на 5 видів: господарсько-побутові, промислові, змішані, тваринницькі та зливні.

Господарсько-побутові. Це стоки житлових будинків, шкіл, їдалень та інших господарсько-побутових об'єктів. Максимальне витрачання побутових стічних вод з 1 га житлової забудови міста залежно від густоти населення становить від 0,5 до 2 л/с або 10‑15 тис. м³ за рік.

За складом ці води порівняно однорідні. Вони містять органічні й мінеральні домішки, через велику кількість мікроорганізмів мають високу біологічну активність, часто забруднені яйцями гельмінтів, кількість яких досягає декількох сот на 1 л стічних вод. Вони характеризуються бікарбонатно-сульфатним складом, нейтральною і слаболужною реакцією, низькою мінералізацією. До складу стічних вод входять сполуки кальцію, магнію, натрію, гідрокарбонатів, хлоридів, сульфатів і багатьох інших хімічних елементів і речовин. У зв'язку з наявністю в складі азотистих, фосфорних і калійних сполук господарсько-побутові стічні води мають конкретну удобрювальну цінність і, при використанні для зрошення, сприяють підвищенню врожайності сільськогосподарських культур.

Враховуючи те, що в цих стоках містяться збудники шлунково-кишкових захворювань, підготовка до поливу повинна включати не тільки механічне очищення, а й відстоювання протягом декількох годин в біологічних ставках.

Промислові. Це відпрацьовані води промислових підприємств, різноманітні за хімічним складом і якістю, їх за технологічними ознаками можна розділити на три групи: забруднені, які містять інгредієнти, властиві технологічному виробництву; умовно-чисті, які не беруть участі в технологічному виробництві й використовуються для охолодження та інших підсобних операцій та, які не містять забруднень, властивих виробництву; змішані, які потрапляють у каналізацію з території підприємств.

Промислові стічні води, що містять жири, масла, смоли, нафтопродукти, забороняється скидати в комунальну каналізацію без попереднього очищення. Не можна також скидати стоки підприємств важкої промисловості, заводів чорної металургії, рудозбагачувальних фабрик, машинобудівних і хімічних підприємств.

Кожне промислове виробництво у зв'язку із специфічністю технологічного процесу створює своєрідні стоки. В них містяться різноманітні речовини, які токсичні для рослин, людини і тварини. Різноманітність складу і постійна мінливість якості ускладнюють іригаційну оцінку промислових стічних вод і вивчення можливості використання їх на ЗПЗ.

До промислових належать і води, які відкачують із шахт по добуванню руди й вугілля Шахтні води – це суміш підземних вод декількох водоносних горизонтів, які збагачені завислими мінеральними частками, газовими компонентами, органічною речовиною і мають несприятливий бактеріологічний склад. Мінералізація цих вод – 3‑5 г/л, переважний тип засолення – сульфатний, удобрювальних речовин мало: азоту – до 10 мг, а калію – 3‑20 мг/л. Висока мінералізація шахтних вод, сульфатний і хлоридний характери засолення потребують уважного підходу до застосування їх для поливу, строгого контролю за процесом нагромадження солей у ґрунті. Цілорічне використання шахтних вод для зрошення викликає прогресивне засолення ґрунту.

Змішані (міські) – суміш господарсько-побутових і промислових стічних вод, за якістю ‑ непостійні, що є наслідком індустріалізації міст і зростання частки промислових стоків у загальній каналізації. Господарсько-побутові стічні води знижують мінералізацію, підвищують удобрювальну цінність і біологічну активність міського стоку.

Залежно від напрямку розвитку промисловості, технології виробництва, питомої ваги промислових стічних вод у загальноміському стоці змінюється склад міських стічних вод (табл. 33).

33. Хімічний склад біологічно очищених міських стічних вод, мг/л

Хімічний склад дає можливість широко використовувати стічні води для зрошення, проте в окремих випадках, особливо в умовах Донбасу, півдня України, вони потребують поліпшення, яке полягає у зниженні загальної мінералізації, внесенні у воду чи зрошувальний ґрунт речовин, що містять кальцій (гіпс, хлористий кальцій, вапняковий шлам та ін.), для запобігання осолонцюванню земель.

Тваринницькі стоки ‑ це суміш рідкого гною, який виводиться гідравлічним способом із тваринницького комплексу, кормових відходів і води, що використовується для миття тварин і переробки їх продукції.

Стічні води тваринницьких комплексів характеризуються концентрацією солей у межах 1,3‑2 г/л, високою удобрювальною цінністю: вміст азоту досягає 5000 мг/л, фосфору – 2500, калію – 4500 мг/л; мають сприятливе відношення катіону натрію до суми катіонів кальцію і магнію (табл. 34).

34. Хімічний склад стічних вод тваринницьких комплексів
і господарсько-побутових об'єктів, мг/л

Тваринницькі стоки містять велику кількість патогенних мікроорганізмів, таких як збудники лептоспірозів, сальмонельозів, ящуру, туберкульозу, бруцельозу та ін. В 1 мл гноївки зустрічається від 190 тис. до 23 млн. клітин кишкової палички; від 70 тис. до 2 млн. клітин дизентерійних бактерій, від 1,2 до 125 млн. клітин мікроорганізмів тифопаратифозних груп. Близько 50% ідентифікованої мікрофлори становлять умовно-патогенні й патогенні форми, здатні викликати важкі інфекційні захворювання тварин і людини. Наявність у тваринницьких стоках великої кількості хвороботворних мікроорганізмів потребує проведення спеціальних знезаражувальних заходів, найбільш раціональним з яких є удобрювальне зрошення.

Площа ЗПЗ, необхідна для використання стічних вод тваринницьких комплексів, визначається в розрахунку 1500 кг живої маси великої рогатої худоби і 1200 кг маси свиней на 1 га.

Хімічні компоненти тваринницьких стоків швидко розкладаються в ґрунті, газоподібні втрати азоту при цьому досягають 24%. У зв'язку з високим вмістом у стоках аміачного азоту при використанні для зрошення їх слід розбавляти. Ступінь розбавлення стоків чистою водою може бути від подвійного до десятиразового і більше.

Осад стічних вод тваринницьких комплексів має більш високу удобрювальну цінність, ніж гній. Він містить 2,9‑4,5% азоту, 1,2‑2,7 фосфору і 0,2‑0,5% калію. Проте при їх внесенні слід дотримуватися рекомендацій по граничнодопустимих концентраціях шкідливих і поживних речовин у ґрунті й рослинах (табл. 35).

Висока удобрювальна цінність стічних вод тваринницьких комплексів та їх твердого осаду потребує дальшого всебічного вивчення і розробки технології застосування їх у сільському господарстві.

Зливні стоки – води, які надходять у зливну каналізацію під час дощів і танення снігу з території житлових масивів і підприємств, містять в основному механічні домішки, забруднення у вигляді пилу, сажі й піску; удобрювальна цінність їх низька, після механічного очищення використовують для поливу сільськогосподарських культур на ЗПЗ.

35. Вимоги до хімічного складу стічних вод, мг/л, при використанні їх для зрошення сільськогосподарських культур

При попередній оцінці придатності стічних вод для зрошення за вмістом у них токсичних речовин слід користуватися нормами допустимих концентрацій окремих інгредієнтів, мг/л: сульфати – 500, натрій ‑ 500, хлориди – 300, капролактан – 300, метанол – 200, нафтопродукти – 700, формальдегід – 50, фенол – 40, ацетон – 40, залізо – 20, ціаніди – 10, мідь – 7, цинк – 2, кобальт – 2, миш'як – 0,2 і т. д. (Вороній М. Г. та ін., 1988).

За ступенем небезпечності хімічні речовини діляться на три класи: високонебезпечні – миш'як, кадмій, ртуть, селен, свинець, цинк, фтор;помірнонебезпечні – бор, кобальт, нікель, молібден, мідь, сурма, хром; малонебезпечні – барій, ванадій, вольфрам, марганець, стронцій і ацетофен.

Ефект використання стічних вод у сільському господарстві значно залежить від культур, які вирощують на ЗПЗ.