Особенности водоснабжения сельского хозяйства
В статье рассмотрены основные виды использования воды в сельском хозяйстве, а также даны рекомендации по выбору оптимальной системы водоснабжения
Системы сельскохозяйственного водоснабжения
Вода в сельском хозяйстве расходуется в значительных количествах на:
- хозяйственно-питьевые нужды населения,
- на животноводческих фермах,
- на предприятиях по первичной переработке сельскохозяйственной продукции,
- на приготовление жидких подкормок для пропашных культур,
- на охлаждение двигателей сельскохозяйственных машин и автомобилей,
- на полив растений в парниках и теплицах.
Для удовлетворения перечисленных потребностей в воде используются системы сельскохозяйственного водоснабжения, а для полива всевозможных сельскохозяйственных культур в открытом грунте — оросительные системы.
При проектировании систем сельскохозяйственного водоснабжение следует пользоваться строительными нормами и правилами, а также соответствующими ведомственными указаниями и рекомендациями.
Системы сельскохозяйственного водоснабжения по их назначению можно подразделить на следующие группы:
1) системы водоснабжения поселков совхозов и колхозов, а также ремонтно-технических станций;
2) системы водоснабжения животноводческих промышленных комплексов и отдельно стоящих ферм;
3) системы пастбищного водоснабжения;
4) системы полевого водоснабжения.
Каждая из перечисленных групп имеет свои специфические особенности в части организации водоснабжения и его схемы. Эти системы подают воду на нужды населения, животноводства, парка сельскохозяйственных машин и автомобилей, ремонтных мастерских, предприятий по первичной переработке сельскохозяйственных продуктов (маслозаводы и др.), для полива растений в теплицах и парниках и для пожаротушения. В качестве источников водоснабжения сельских населенных мест в первую очередь стремятся использовать подземные воды и только в тех случаях, когда качество их оказывается неудовлетворительным или дебит подземных источников мал, используются воды поверхностных источников.
Население, проживающее в одноэтажных жилых зданиях, получает воду, как правило, из водоразборных колонок. В тех случаях, когда качество подземных вод не отвечает требованиям СанПиН к питьевой воде, система водоснабжения дополняется устройствами для обработки воды. Такая система водоснабжения обеспечивает сельское население доброкачественной и сравнительно дешевой водой. При использовании для целей водоснабжения поверхностного источника (реки, озера) система водоснабжения меняется в отношении типа водоприемного сооружения, а также сооружений для очистки и обеззараживания воды. В системах сельскохозяйственного водоснабжения широкое применение нашли безреагентные способы осветления воды на медленных фильтрах. В ряде сельскохозяйственных районов подземные воды сильно минерализованы, а поверхностные источники не обеспечивают необходимого количества воды в засушливые периоды. В таких случаях для водоснабжения воду забирают из многоводных надежных источников, иногда значительно удаленных от водопотребителей. Поскольку подвод воды на большое расстояние обходится дорого, целесообразно устраивать общую систему водоснабжения для группы хозяйств. Так, в районах освоения целинных земель построены групповые водопроводы для водоснабжения. Хорошим примером является Ишимский водопровод в Казахстане. Протяженность трубопроводов составляет 1740 км, он обслуживает 195 населенных пунктов, а также обеспечивает орошение 2,2 миллиона гектаров земель.
Нередки случаи, когда для водоснабжения малых населенных пунктов вода забирается из каналов обводнительно-оросительных систем. В районах с дефицитом пресных вод для водоснабжения сельских поселков используют и минерализованные воды подземных и поверхностных источников. При этом минерализованная вода опресняется до необходимых пределов для хозяйственно питьевых нужд и для других целей. Учитывая, что опреснение воды существующими способами обходится дорого, рекомендуется устраивать дуплексные системы водоснабжения, т. е. системы, подающие и пресную, и минерализованную воду.
Системы водоснабжения животноводческих ферм и комплексов обеспечивают подачу воды в необходимом количестве и соответствующего качества всем потребителям, а также на противопожарные нужды. Расчетный расход воды на наружное пожаротушение в животноводческом комплексе или на ферме в зависимости от их размера колеблется от 5 до 20 л/с при продолжительности тушения пожара 3 ч. Практикой установлено, что емкость бака водонапорной башни должна быть равна 12—15% расчетного суточного расхода воды на ферме. Типовые водонапорные башни для животноводческих ферм имеют баки емкостью 25 м3.
Водопроводную сеть выполняют, как правило, из полиэтиленовых труб, а вводы в скотные дворы и другие помещения на ферме — из чугунных труб. В промышленных животноводческих комплексах применяются безбашенные системы водоснабжения высокого давления с мембранными баками. Таким образом, при малом расходе воды на ферме установка будет включаться редко, но в часы, когда расход воды равен производительности насоса, установка будет работать непрерывно до тех пор, пока расход на ферме не уменьшится.
Режим водопотребления на водопойных пунктах имеет свои особенности. Летом в жаркие дни скот пригоняют на водопой 2—3 раза. Таким образом, суточная потребность в воде покрывается за два-три приема. Зимой скот на пастбищах потребляет значительно меньше воды. Это следует иметь в виду при проектировании водоснабжения на пастбищах. На водопойных пунктах для поения скота допускается использование воды непитьевого качества. Схема водоснабжения водопойного пункта состоит из следующих сооружений: водозабора с водоподъемной установкой, регулирующей емкости и водопойной площадки с корытами. Выбор схемы водоснабжения водопойных пунктов на пастбищах должен решаться путем анализа технико-экономических показателей различных вариантов (локальная схема, групповая схема, подвоз воды и т. д.).
Особенность полевых систем водоснабжения заключается прежде всего в сезонном характере их работы. Полевые, или, как их еще называют, бригадные станы работают с ранней весны и до поздней осени. В этот период система водоснабжения полевого стана должна обеспечить людей, работающих в поле, водой питьевого качества, а двигатели автомобилей, тракторов, комбайнов и других сельскохозяйственных машин — водой с жесткостью не более 7 мг-экв/л из расчета 1 л/сутки на 1 лошадиную силу их мощности. На полевых станах, обслуживающих пропашные культуры, необходимо предусматривать подачу воды для жидкой подкормки растений. В этих случаях суточные расходы воды могут достигать 1000—1200 м3. Расход воды на полевом стане, обслуживающем колосовые культуры, составляет 10—15 м3/сутки, в том числе 2—3 м3/сутки воды питьевого качества.
Решение схемы водоснабжения полевого стана зависит главным образом от источника водоснабжения. При наличии подземных вод питьевого качества с жесткостью не более 7 мг-экв/л схема водоснабжения полевого стана будет состоять из водозабора с водоподъемной установкой, регулирующей емкости, водоразборной колонки для снабжения водой людей и крана для заправки водой двигателей сельскохозяйственных машин. При использовании источников, воды которых требуют очистки, обеззараживания и умягчения, в схему водоснабжения включается установка по улучшению качества воды. Обычно для этой цели используются передвижные установки по очистке, обеззараживанию и умягчению воды, которые монтируются на автоприцепах и обслуживают несколько полевых станов. Здесь, так же как и в случае пастбищного водоснабжения, возможна подвозка воды автоцистернами и широкое применение для подъема воды ветродвигателей.
Одна из главных особенностей сельскохозяйственного водоснабжения — специфические потребители воды. В жарких и сухих районах норму водопотребления допускается увеличивать, но не более чем на 25%. Животноводческий комплекс или ферма должны быть обеспечены водой питьевого качества в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 . При невозможности подачи воды питьевого качества на все нужды фермы (в районах с дефицитом пресной воды) для поения животных, приготовления кормов, уборки помещений и мытья животных допускается применять минерализованную воду. При мембранных методах опреснения (электродиализ и гиперфильтрация) требуемые уровни минерализации легко могут быть достигнуты, однако при этом солевой состав воды ограничивается в основном натрием и хлоридами, что, по-видимому, не может компенсировать (в физиологическом отношении) разнообразия ионного состава подземных вод. В связи с этим должна быть предусмотрена возможность применения дополнительных приемов улучшения качества опресненной воды. Рекомендуемая температура воды для поения животных 5—15° С. Теплая вода плохо утоляет жажду у животных. Слишком холодная вода уменьшает продуктивность скота и вызывает необходимость повышенного расходования кормов.
Расходы воды в сельскохозяйственном водоснабжении
В нормы водопотребления для животных и птицы на сельскохозяйственных предприятиях включены расходы воды на мойку помещений, клеток, молочной посуды, приготовление кормов, охлаждение молока и другие процессы.
Расходы воды для скота, птицы и других животных на сельскохозяйственных фермах и промышленных комплексах определяются по нормам технологического проектирования соответствующих предприятий и комплексов. Некоторые нормы расходов для этой категории потребителей воды представлены в таблице ниже:
Таблица 1. Нормы расхода воды для животных, птиц и зверей
| Потребители | Нормы водопотребления на 1 голову, л/сут |
| Коровы: | |
| — молочные | 100 |
| — мясные | 70 |
| — быки | 60 |
| Молодняк крупного рогатого скота в возрасте до 2 лет | 30 |
| Телята в возрасте до 6 месяцев | 20 |
| Лошади рабочие, верховые, рысистые и некормящие матки | 60 |
| Лошади племенные и кормящие матки | 80 |
| Жеребцы-производители | 70 |
| Жеребята в возрасте до 1,5 лет | 45 |
| Овцы | 10 |
| Молодняк овец в возрасте до ] года | 6 |
| Хряки-производители | 60 |
| Свиноматки супоросные, холостые | 25 |
| Свиноматки с поросятами | 60 |
| Молодняк свиней старше 4 месяцев и свиньи на откорме | 15 |
| Поросята-отъемыши | 5 |
| Куры | 1 |
| Индейки | 1,5 |
| Утки, гуси | 2 |
| Норки, соболи, кролики | 3 |
| Лисы, песцы | 7 |
Расходы воды в производственном секторе сельских населенных пунктов определяются по числу механизмов и нормам их водопотребления.
Таблица 2. Нормы потребления воды для работы и обслуживания машин и оборудования
| Операции, машины н механизмы | Измеритель | Норма расхода воды, л/сут |
| Мойка: тракторов, комбайнов грузовых автомобилей легковых автомобилей | 1 трактор или комбайн 1 автомобиль то же | 250 500 300 |
| Заправка: тракторов, комбайнов грузовых автомобилей — легковых автомобилей — | 736 Вт или 1 л.с. 1 т грузоподъемности | 1 10 10 |
| Ремонт: тракторов автомобилей | 1 трактор 1 автомобиль | 1500 700 |
| Обслуживание станков в мастерских: механической слесарной столярной кузнечной | 1 станок | 35 80 20 40 |
| Обслуживание двигателей внутреннего сгорания (охлаждение без оборота) | 736 Вт или 1 л.с. | 15-30л/ч |
| Работа парового котла | на 10м 2 поверхности нагрева | 15-30 л/ч |
Примечание: I. Расход воды для двигателя внутреннего сгорания с оборотом воды следует принимать в размере 15% приведенного количества
2. Для двигателей внутреннего сгорания, работающих на керосине, расход воды следует увеличить в 2 раза.
Источник: Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: издание второе, переработанное и дополненное. Учебное пособие. — М.: Издательство АСВ, 2004. — 256 с.
Системы водоснабжения для сельскохозяйственных животных
Вода является главным источником жизни на земле и играет большую роль в жизнедеятельности человека. Одним из наиболее крупных потребителей воды является сельское хозяйство, и в частности животноводство. Потребности животноводства в воде в десятки раз превышают потребности населения.
На животноводческих и птицеводческих фермах, фабриках и комплексах вода расходуется на поение животных и птицы, приготовление кормов, очистку емкостей и оборудования, уборку помещений, мойку животных, отопление, хозяйственно-питьевые нужды обслуживающего персонала и противопожарные мероприятия.
Животноводческие предприятия и населенные пункты, как правило, стремятся снабжать водой из одного источника. В соответствии с этим качество воды должно удовлетворять всем требованиям, которые предъявляются к воде, предназначенной для хозяйственно-питьевых нужд. Качество воды оценивают по ее физическим свойствам, а также по химическому и бактериологическому составу [1, 3].
К физическим свойствам относятся температура, прозрачность и мутность, цветность, запах и привкус.
Температура воды оказывает большое влияние на продуктивность животных. Слишком теплая вода плохо утоляет жажду, а длительное поение водой с температурой выше 293К может привести к повышенной восприимчивости к простудным заболеваниям. При поении животных холодной водой значительное количество энергии расходуется не на образование продукции, а на нагревание питьевой воды. Для компенсации затраченной теплоты требуется дополнительный корм. Для поения животных рекомендуется температура воды в пределах 285. 287К. Температура воды для хозяйственно-питьевых целей должна быть в пределах 280. 285 К.
Питьевая вода должна быть прозрачной. Если в ней присутствуют органические или минеральные частицы, то вода становится мутной. Мутность питьевой воды должна быть не более 2 мг/л.
Цветность воды на фермах вызывается присутствием в ней растворенных гумусовых веществ. Если цветность обусловлена загрязнением сточными водами или фекальными отбросами, то такую воду без предварительной обработки употреблять для питьевых целей нельзя. Цветность определяют сравнением испытываемой пробы с эталонами подкрашенной воды и оценивают в градусах по специальной шкале. По нормам качества цветность воды должна быть не более 20 °.
Запах и вкус зависят от примесей, содержащихся в воде. Хорошая питьевая вода не должна иметь постороннего запаха, а по вкусовым качествам должна быть приятной и освежающей. Интенсивность запаха и вкусовые качества воды оцениваются по пятибалльной системе: привкус отсутствует – 0; очень слабый – 1; слабый – 2; заметный – 3; отчетливый – 4; очень сильный – 5. По нормам качества на питьевую воду ее запах и вкус, определяемые при температуре 293К, не должны быть выше 2 баллов.
Химические свойства воды характеризуются жесткостью, сухим остатком, активной реакцией (рН) и содержанием в ней вредных веществ.
Жесткость воды в основном обусловливается присутствием в ней двууглекислых солей кальция Са(НСО3)2 и магния Мg(НСО3)2. Жесткая вода для хозяйственно-питьевых и технических целей нежелательна. У животных она нередко вызывает расстройства в работе кишечно-желудочного тракта, особенно если в ней содержится много сульфата магния MgSO4. Очень мягкая вода также малопригодна для поения животных, так как не обеспечивает организм необходимым количеством минеральных солей. Кроме того, мягкую воду животные пьют неохотно. Различают общую жесткость, устранимую при кипячении, и постоянную (неустранимую). Жесткость воды измеряют в молях или в градусах жесткости. При этом 1 ° жесткости соответствует содержанию в 1 л воды 10 мг окиси кальция СаО или 14 мг окиси магния MgO. Вода называется мягкой, если ее жесткость не превышает 10 °; вода с жесткостью от 10 до 20 ° называется средней; вода с жесткостью 20…30 ° – жесткой; свыше 40 ° – очень жесткой. В питьевой воде общая жесткость должна быть до 20 °. Однако в некоторых зонах допускается использование для поения животных воды с повышенной жесткостью. Остаток сухого вещества (после выпаривания) характеризует степень минерализации воды, то есть общее содержание в ней растворенных веществ. В 1 л питьевой воды сухого остатка не должно быть более 1000 мг.
Активная реакция воды показывает степень ее кислотности, или щелочности, и характеризуется водородным показателем рН, то есть концентрацией водородных ионов. У природной воды его значение колеблется в пределах от 6,5 до 9,5. Наиболее кислыми являются болотные воды, а щелочными – подземные. Доброкачественная вода должна иметь нейтральную или слабощелочную реакции (рН в пределах 6,5…8,5). Если в открытых водоемах рН воды ниже 6,5 или выше 8,5, то это указывает на ее загрязнение сточными водами. Значения водородного показателя определяют электрометрическим методом с помощью лабораторного рН-метра (потенциометра) или универсального индикатора (в порошке) с использованием специальной шкалы сравнения.
При гигиенических исследованиях часто определяют биологическое потребление кислорода (ВПК), то есть количество растворенного в 1 л воды кислорода, расходуемого на окисление органических веществ за 5 суток хранения при температуре 291. 293К. Чем больше в данной пробе легкоокисляющихся органических веществ, тем значительнее уменьшение в ней концентрации растворенного кислорода.
Принята следующая классификация воды открытых водоемов по ВПК за пять дней хранения (БПК5): очень чистая – потеря 1 мг кислорода; чистая – потеря 2 мг; довольно чистая – потеря 3 мг; сомнительной чистоты – потеря 5 мг; очень загрязненная – потеря 10 мг кислорода на 1 л воды. В воде прифермских водоисточников (пруды) величина БПК5 колеблется в пределах от 3,5 до 8,4 мг/л, то есть вода в прудах невысокого санитарного качества.
Бактериологические свойства воды характеризуются бактериальной загрязненностью, то есть количеством и видом вносимых в нее загрязнений. Пригодность воды к употреблению устанавливается органами санитарного надзора.
При загрязнении водоисточников отбросами животного происхождения (навоз, моча, сточные воды и яйца гельминтов) в водоемы попадают бактерии, вызывающие желудочно-кишечные заболевания (брюшной тиф, дизентерию, холеру). Такие бактерии называются патогенными. При наличии указанных микроорганизмов и яиц гельминтов вода является источником заражения животных инфекционными, а также инвазионными болезнями.
С эпизоотологической точки зрения при оценке воды имеют значение преимущественно патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов. Но непосредственно обнаружить в воде возбудителей заболеваний весьма трудно, поэтому ее санитарно-бактериологическая оценка производится по косвенным показателям: микробному числу, титру кишечной палочки (коли-титр) и коли-индексу.
Микробное число – это общее количество микробов при посеве 1 мл неразбавленной воды после 24-часового выращивания их при температуре 310К. В воде хорошо оборудованных скважин микробное число колеблется в пределах 10…30; в воде шахтных колодцев – 300…400; в воде чистых открытых водоемов – 1000…1500 в 1 мл. В водопроводной воде при хорошей очистке и обеззараживании микробное число не должно превышать 100 в 1 мл воды.
Коли-титр – это наименьший объем воды (в миллилитрах), в котором содержится одна кишечная палочка. При значительном загрязнении органическими веществами коли-титр в открытых водоемах (озерах, прудах) составляет 0,1…0,004. Доброкачественная водопроводная вода должна иметь коли-титр не ниже 300. В чистой воде артезианских скважин коли-титр бывает выше 500. В воде колодцев, применяемой без обеззараживания, допустим коли-титр не менее 100.
Коли-индекс – это количество кишечных палочек в 1 л воды. В водопроводной воде после очистки и обеззараживания количество бактерий группы кишечной палочки в 1 л не должно быть более 3, а в воде шахтных колодцев, применяемой без обеззараживания, – не более 10 в 1 л.
Водоисточники загрязняются стоками животноводческих ферм и комплексов, удобрениями, синтетическими моющими веществами, пестицидами, промышленными и коммунальными отходами и нефтепродуктами. Все виды загрязнений делятся на биологические и химические. Контроль за спуском сточных вод, их очисткой и обеззараживанием входит в обязанности медицинского и ветеринарного надзоров в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод» [2].
Таким образом, к питьевой воде для сельскохозяйственных животных предъявляются высокие санитарно-гигиенические требования. Питьевая вода в системе водоснабжения животноводческих ферм должна быть чистой, прозрачной, иметь приятный вкус, температуру 280…287К, оптимальный химический состав примесей, не содержать патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов. Поэтому разработка эффективных устройств очистки воды, обеспечивающих соблюдение санитарно-гигиенических условий питьевой воды для сельскохозяйственных животных, является актуальной задачей.
