Поновна употреба воде за наводњавање

Увод

Циркуларна економија из дана у дан постаје све актуелнији концепт. Оно што се дуго третирало као отпад почиње да се посматра као извор сировина. То се дешава и у пољопривреди. Једна од нових идеја је коришћење отпадних вода из градова за наводњавање. Предности могу бити вишеструке. Штавише, 26. јуна 2023. године почеће да се примењују одредбе нове европске уредбе у вези са минималним захтевима за поновно коришћење воде за наводњавање пољопривреде [1,2].

Азот и фосфор би дошли бесплатно

Идеја да се отпадне воде из града користе за наводњавање пољопривредног земљишта у околини није нова. Недавно је група истраживача предложила пројекат који се састојао од непотпуног пречишћавања отпадних вода, као што је очување азота и фосфора у њој. Ове две супстанце су неопходне хранљиве материје за биљке. Пољопривредници обично троше велике суме новца за набавку, а затим их дистрибуирају усевима. Користећи воду која их већ садржи као отпад, могли би постићи значајне уштеде. С друге стране, градске власти би, заузврат, оствариле значајне уштеде, не трошећи новац на енергију и материјале потребне за издвајање остатака азота и фосфора из воде, што би била идеја од које би сви имали користи. Ако се отпадне воде правилно третирају, према европским прописима, могу представљати ефикасну алтернативу за покривање потреба за водом пољопривредног сектора [3].

Тако би применом оваквог решења по градовима могла да се обезбеди вода потребна за наводњавање десетина, па и стотина хиљада хектара пољопривредног земљишта. Води би се додало и пратеће ђубрење, што би значило значајну уштеду енергије и значајно смањење загађења. Штавише, муљ сакупљен из постројења за пречишћавање отпадних вода већ се користи у пољопривредној пракси као ђубриво и допуна земљишта.

Према статистичким подацима Европске комисије, количина пречишћене градске отпадне воде која се тренутно рециклира сваке године износи око 1 милијарду кубних метара, или 2,4% отпадних вода пречишћених градских отпадних вода и мање од 0,5% годишњег повлачења слатке воде у ЕУ. Потенцијал ЕУ је, међутим, шест пута већи и сматра се да је преко 6 милијарди кубних метара. И северне државе чланице, попут Белгије, Немачке и Уједињеног Краљевства, и јужне државе чланице, попут Шпаније, Италије, Грчке, Малте и Кипра, већ су успоставиле бројне програме о поновној употреби воде за наводњавање, индустријску сврхе и пуњење водоносника. Док Грчка, Италија и Шпанија рециклирају само између 5% и 12% својих отпадних вода, Кипар и Малта већ поново користе више од 90% односно 60% својих отпадних вода. Ово јасно показује огроман потенцијал за додатно усвајање.

Поновна употреба воде – решење за надолазећу кризу

Недостатак воде је растући проблем у Европи. То је био контекст у којем су се крајем јануара 2020. посланици Европског парламента (ЕП) састали са представницима Комисије. Посланици су желели, између осталог, да обезбеде изворе слатке воде у ЕУ, укључујући промовисање поновне употребе воде у пољопривреди.

Предвиђа се да ће потражња за европским водним ресурсима порасти као резултат климатских промјена. Једно предвиђање каже да би до 2030. недостатак воде могао утицати на половину речних сливова у Европи. Чланови Комитета за животну средину ЕП усвојили су 21. јануара неформални споразум са Саветом о предлогу да се отпадне воде поново користе како би се обезбедило снабдевање Европе свежом водом у годинама које долазе. Да би постали закон, нови прописи тек треба да одобре Савет и Парламент. Нови прописи су дизајнирани да подстакну употребу пречишћене отпадне воде за наводњавање, која користи око половине воде која се годишње користи у ЕУ. Поновна употреба воде у пољопривреди могла би се повећати како би се помогло у затварању дефицита.

Нови прописи налажу минималне стандарде квалитета воде, често праћење и креирање стратегија управљања ризиком од стране постројења за пречишћавање отпадних вода како би се гарантовала заштита усева. Власти држава чланица одговорне су за одобравање постројења за пречишћавање и праћење усклађености са прописима.

Количина пречишћене градске отпадне воде која се сада поново користи износи око 1 милијарду кубних метара годишње или 2,4% остатака пречишћених градских отпадних вода и мање од 0,5% годишњег повлачења слатке воде у ЕУ. Међутим, сматра се да је потенцијал ЕУ већи од 6 милијарди кубних метара, што је шест пута више од садашње количине.

Загађење у наводњавању отпадним водама

Здравствена питања везана за наводњавање отпадним водама

Отпадне воде које се испуштају из канализационих система градова, из разних великих индустрија, као и са сточних фарми и това, могу се користити за наводњавање након што су правилно пречишћене како не би штетиле људима, животињама, усевима или земљишту. загађују животну средину. У Румунији је на нивоу из 1996. године постојало преко 60.000 ха система за наводњавање отпадних вода, који потичу из сточарских комплекса, укључених у око 30 система за наводњавање. Тренутно више нису у функцији. Цени се, међутим, да се у нашој земљи отпадним водама може наводњавати површина од око 1.330.000 ха.

Опасности које изазива коришћење ових вода за наводњавање зависе од више фактора [2-4]:

• присуство патогена у овим водама;

• присуство елемената као што су: натријум, тешки метали (Cu, Pb, Cr, Cd, Ni итд.) поред других супстанци које могу изазвати деградацију земљишта и депресијацију усева;

• начин развоја различитих организама који се налазе у води за наводњавање;

• одрживост патогена и њихова способност да преживе третмане пречишћавања;

• могућност да патогени могу да преживе у земљишту.

Постоје неке отпадне воде које имају висок садржај азота, фосфора, калијума и других хранљивих материја (као што су оне из индустрије производње ђубрива, алкохола итд. приказане у табели 1) које стимулишу развој биљака. Имају способност да екстрахују око 75% азота у води за наводњавање, фосфора до 100%, калијума 60-10% итд. Процењује се да 50-100 м ³ отпадне воде може садржати онолико хранљивих материја колико тона стајњак, а посебно кукуруз, пшеница, соја, кромпир, луцерка и детелина апсорбују значајне количине хранљивих материја из воде за наводњавање.

Истраживања су показала да коришћење отпадних вода не укључује велике здравствене проблеме. На дубини од 0,9 до 1,2 м све бактерије се филтрирају. Земљиште задржава на првом центиметру дубине око 90% укупног микробног оптерећења, а на првом милиметру 62 до 64%. Цревне бактерије које доспеју у земљиште заједно са отпадном водом углавном се адсорбују колоидима земљишта и уништавају сапрофитним бактеријама [5]. Отпадне воде које су природно филтриране у земљишту доспевају у фреатични слој без микробиолошких патогена. У случају наводњавања отпадним водама, најважнији микроорганизми су наведени у табели 2.

Табела 1. Карактеризација неких индустријских отпадних вода према величини CBO₅ и садржају азота

Табела 2. Најважнији патогени пронађени у отпадним водама.

Земљиште се „замара“ ако се наводњавање отпадним водама користи дуже време, због чега се препоручује да се вода пре употребе пречисти. Због веома разноврсног хемијског садржаја, пречишћавање отпадних вода треба обрадити како би се избегло уништавање усева, заслањеност земљишта итд. Препоручује се побољшање квалитета поново коришћене отпадне воде кроз разблаживање чистом водом, смањење садржаја натријума, смањење соли из исхране животиња, додавање гипса за замену натријум карбоната и тако даље. Постојећа истраживања показују да поновна употреба отпадних вода за наводњавање доводи до повећања приноса, углавном због повећане влажности земљишта и ђубрења.

За земљишта са добром пропусношћу преферирају се подземне методе наводњавања, због смањеног и веома ефикасног коришћења воде, као и због заштите околних површина посебно када се користе отпадне воде. Очишћене отпадне воде могу се користити и за фертигацију усева гајених у пластеницима, путем подземног наводњавања. Препоручују се и за техничко биље (као што је шећерна репа), пашњаке, повртарске културе које се конзумирају након термичке припреме (кромпир), украсно биље и цвеће, уз услов да се наводњавање прекине месец дана пре жетве.

Негативни ефекти наводњавања отпадним водама

Наводњавање отпадним водама захтева озбиљно управљање и контролу својстава земљишта како би се избегло пропадање земљишта. Углавном се препоручује за земљишта са добром пропусношћу за воду и ваздух, што погодује минерализацији органске материје и уништавању патогена. Самопрочишћавање земљишта највише зависи од микробиолошког оптерећења земљишта (бактерије, актиномицете, гљиве, протозое, ларве) и састоји се од:

• Минерализација органске материје у анаеробним условима – шећери се разлажу у метану, води и угљен-диоксиду, протеини се трансформишу у аминокиселине, а масти редукују у глицерин и масне киселине; као резултат ферментације и разлагања настају нека једињења јаког мириса као што су амонијак, водоник сулфид, метан.

• Нитрификација – аутотрофне бактерије и археје производе оксидацију неких неорганских једињења што доводи до стварања нитрита. То је аеробни процес.

Примена наводњавања отпадним водама на неконтролисан начин може довести до неких недостатака као што су [2-4]:

• Замор земљишта – може се појавити након вишегодишњег наводњавања отпадним водама, а о томе сведоче повећане концентрације микроелемената (нпр. Зн, Цу), повећане концентрације штетних једињења (нпр. хлорида, сулфата, масних киселина), заливање калијума и гвожђа при високим удубљења, деградација структуре земљишта, недовољна аерација. Као последица тога, биљке ће испољити хлорозу, а процес развоја неких биљака ће бити погођен. Доказано је да је главни узрок ових недостатака везан за појачано наводњавање због повећања популације и потрошње воде, са 60.000 – 70.000 кубних метара по хектару у односу на оптималне вредности од око 3000 кубних метара по хектару, као и коришћење непрерађених отпадних вода и неодговарајуће управљање земљиштем.

• Зачепљење земљишта – настаје услед повећања органске материје обично праћеног повећањем садржаја азота који делимично зауставља развој биљке. Када отпадна вода има висок садржај азота, добри резултати се постижу задржавањем воде у оксидационим базенима - веома добар третман јер се органска материја разлаже микроорганизмима у присуству кисеоника. Метода се користи у многим земљама као што су Аустралија, Северна Америка и Израел.

• Секундарна заслањивање земљишта – производи се посебно на глиновитим земљиштима, са ниском пропусношћу, због повећања концентрације растворљиве соли у земљишту изнад критичне вредности. Присуство натријума и других катјона у великим количинама доводи до разарања структурних агрегата земљишта и смањене водопропусности.

• Закисељавање земљишта – појачава растворљивост соли калцијума и магнезијума, што доводи до недостатака у исхрани биљака; ова појава се дешава када отпадне воде имају pH нижи од 6,5.

• Контаминација земљишта – може се појавити услед наводњавања које користи индустријске отпадне воде контаминиране штетним хемикалијама као што су тешки метали (нпр. As, Cu, Ba, Ni, Cr, Zn, Co), феноли, различите соли и детерџенти. У врло малој концентрацији, они могу покренути стимулацију раста биљака, али преко одређене границе могу инхибирати развој. Штавише, могле би их апсорбовати биљке које улазе у круг исхране и представљају претњу за исхрану животиња и људи. Не препоручује се употреба за воду за наводњавање која има арсен преко 1 mg/L, бакар преко 7 mg/L, никл и кобалт преко 2 mg/L, натријум 80 mg/L, СО4 преко 250 mg/L. Присуство тензио-активних супстанци (детерџента) утиче на нитрификацију, утичући и на дисање и фотосинтезу услед формирања пеликуле на површини листова.

• Зараза тла патогенима – може се десити када се отпадне воде злоупотребљавају без претходног третмана.

Остали недостаци коришћења отпадних вода за наводњавање су:

• ђубрива би у неким условима могла довести до прекомерног вегетативног развоја, штетног за принос (воће, житарице и сл.), за микробиолошку активност земљишта

• када се муљ из отпада користи као органско ђубриво, може доћи до смањења садржаја воде у земљишту

• наводњавање отпадним водама је проблем током зиме.

Предности коришћења отпадних вода у пољопривреди

Рационално коришћење отпадних вода у пољопривреди има многе економске предности међу којима су најважније:

• Отклањање проблема везаних за евакуацију отпадних вода

• Смањени трошкови за обезбеђивање воде за наводњавање у областима где су други извори воде оскудни

• Делимично додавање подземних водних ресурса, подизање њиховог нивоа

• Представља техничко и економично решење за биолошко чишћење отпадних вода

• Омогућава проширење површина за наводњавање, чак иу зонама са мање извора воде

• Доприноси повећању приноса

• То је добар начин за ђубрење тла

• Учиниће доступним биљкама корисне елементе који се налазе у овој води

• Нуди могућност смањења употребе скупих ђубрива; отпадне воде са сточних фарми су веома добро азотно-калијум-фосфорно ђубриво

• Биљке лако асимилују елементе

• На неструктурираним земљиштима, наводњавањем отпадним водама индустрије целулозе, богатим сулфитима, побољшава се структура земљишта, чиме се повећава водопропусност

Заштита земљишта при наводњавању отпадним водама

Мере заштите земљишта које се наводњава отпадним водама намеће:

• транспорт и дистрибуцију воде треба пажљиво вршити

• раније су се рационално израчунавале количине воде

• пречишћавање отпадних вода треба обавити пре употребе за наводњавање

• садржај токсичних хемикалија и патогена треба да буде испод препоручених граница

• концентрације соли треба да буду у границама нормале, тако да немају негативан утицај на физичка и хемијска својства земљишта, раст биљака и принос

• pH треба да буде између 6,5 и 8,5

• наводњавање отпадним водама треба да узме у обзир укупну количину материја у води, физичка и хемијска својства земљишта, режим наводњавања, ниво фреатике, распоред наводњавања и тренутак жетве.

• вршити редовно одводњавање наводњаваних њива

• њиве које се користе за наводњавање отпадним водама треба да имају мале нагибе, са добром пропусношћу земљишта, без земљишта са напукнутим стенама и наслагама или у близини извора воде

• да би се избегао секундарни салинитет, наводњавање треба обављати једном сваке друге године, отпадне воде треба разблажити чистом водом у односу 1/2 до 1/5 и користити мале количине воде

Референце

1. Singh, A. A review of wastewater irrigation: Environmental implications, Resources, Conservation and Recycling, 168, 2021, 105454, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105454

2. Qadir, M., Wichelns, D., Raschid-Sally, L., McCornick, P.G., Drechsel, P., Bahri, A., Minhas, P.S. The challenges of wastewater irrigation in developing countries, Agricultural Water Management, 97, 2010, 561-568, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2008.11.004.

3. Hashem, M.S.; Qi, X. Treated Wastewater Irrigation—A Review. Water 2021, 13, 1527, https://doi.org/10.3390/w13111527.

4. Al Omron, A.M.; El-Maghraby, S.E.; Nadeem, M.E.A.; El-Eter, A.M.; Al-Mohani, H. Long term effect of irrigation with the treated sewage effluent on some soil properties of Al-Hassa Governorate, Saudi Arabia. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 2012, 11, 15–18, https://doi.org/10.1016/j.jssas.2011.04.004.

5. Li, B.; Cao, Y.; Guan, X.; Li, Y.; Hao, Z.; Hu, W.; Chen, L. Microbial assessments of soil with a 40-year history of reclaimed wastewater irrigation. Science of the Total Environment, 2019, 651, 696–705, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.193.