|
|
|
|
Портал магистров ДонНТУ |
Поверхностный сток с территории городов и промышленных предприятий является интенсивным фактором антропогенной нагрузки на природные водные объекты. Обусловлено это тем, что при существующих системах очистки хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод загрязненность водных объектов продолжает нарастать в основном за счет сброса в них поверхностного стока, так как основное количество поверхностного стока поступает в водоемы без очистки (в том числе 100 % с территорий жилых массивов), а имеющиеся на отдельных промпредприятиях сооружения по очистке ливневых вод практически не эксплуатируются в связи с их физической и моральной изношенностью. Наиболее неблагоприятное влияние на санитарное состояние водоемов оказывают, содержащиеся в поверхностном стоке взвешенные вещества и нефтепродукты.
Произвести расчет поверхностного стока с территории г.Донецка, разработать систему мероприятий по уменьшению загрязнения реки Кальмиус поверхностным стоком, предложить очистные сооружения для очистки поверхностного стока.
На интенсивность загрязненности поверхностного стока с территории населенных пунктов влияют такие факторы, как благоустройство территории, плотность населения, интенсивность движения транспорта и пешеходов. Эти показатели постоянно изменяются в процессе урбанизации. По данным многолетних исследований (ВНИИВО в г.Харькове, АКХ им. Панфилова в Ленинграде, ЦНИИКИВР в Минске) качество загрязнений ливневого стока городов колеблется в следующих пределах:
- взвешенные вещества - 470…2460 мг/л;
- нефтепродукты - 2…63 мг/л.
Концентрации взвешенных веществ в дождевых, талых и моечных водах соизмерима или в несколько раз выше, чем в хоз-бытовых водах, поступающих на городские очистные сооружения, и многократно превышает значения этих показателей в сбрасываемых в водоемы очищенных хоз-бытовых водах. Особое значение имеет то обстоятельство, что как дождевой сток, так и талый отличаются неравномерностью состава загрязнений даже для однотипных производств.
Загрязненность снежного покрова в среднем соответствует загрязненности талых вод, в то время как загрязненность дождевых вод по всем составляющим выше талых. При залповых сбросах большого количества грубодисперсных примесей, что обычно наблюдается при выпадении дождей, происходит частичное их осаждение в створе ливневыпуска и ниже по течению, что приводит к заиливанию водоемов. Санитарными нормами не допускается сброс со сточными водами частиц с гидравлической крупностью более 0,4мм/с для проточных водоемов и 0,2мм/с - для непроточных. В поверхностном стоке содержание твердых примесей с такой гидравлической крупностью доходит до 30-40 %, причем четвертую часть осадка из поверхностного стока составляют органические вещества. Поэтому в толще наносов активно развиваются анаэробные процессы деструкции органических веществ: гниения, брожения, неполного окисления, сульфатредукции, метаногенеза, денитрификации. Указанные процессы сопровождаются выделением токсичных и дурно пахнущих газов (метан, сероводород, оксид углерода, меркаптан и др.). Эти явления подавляют аэробные микробиологические процессы в донной части водоприемников, что особенно ярко проявляется в летний период, когда повышенная температура и дефицит кислорода чрезвычайно интенсифицируют анаэробные процессы ("цветение" воды, разложение органических веществ, интенсивный рост и отмирание фитопланктона). В результате в водоемах уменьшается содержание растворенного кислорода, ухудшается запах, прозрачность, окраска, увеличивается содержание аммиака, марганца и микробиологических загрязнений. В связи с вышеизложенным ингибируется способность водоемов к самоочищению.
Основная составляющая часть нефтепродуктов - насыщенные углеводороды чрезвычайно устойчивы к микробиологической деструкции, обладают высоким токсическим эффектом, снижают доступность кислорода для гидробионтов всех уровней организации. Кроме того, химическое окисление нефтепродуктов активно снижает концентрацию кислорода в водной среде. Указанные факторы отрицательного воздействия на природные водоемы приобретают особое значение в связи с тенденцией роста концентрации нефтепродуктов в ливневом стоке, обусловленной интенсивной техногенной деятельностью и автомобилизацией.
Следует отметить, что такие показатели качества вод, как БПК и окисляемость для поверхностного стока с территории предприятий различных отраслей существенно отличаются: для машиностроительных и металлургических заводов БПК5 находится на уровне 20-30 мг/л, для коксохимических - 50-80 мг/л, а для пищевых и сельскохозяйственных производств - до 1000 мг/л. После сравнительно непродолжительного отстаивания (в течение 2-х часов) этот показатель, как правило, резко снижается. Эти значения в незначительной мере превышают предельные показатели, приведенные в справочных материалах.
Решение проблемы защиты водоемов от загрязнения поверхностным стоком осложняется значительными отличиями загрязняющих веществ и колебаниями показателей загрязненности для различных предприятий и даже для различных производств внутри одного предприятия (табл.1). Кроме того, многие предприятия, не имеют системы организованного сбора поверхностного стока со своей территории. Положение осложняется также тем, что в ряде случаев площадь его водосбора для нескольких предприятий является общей. Это приводит к тому, что при организации объединенных (групповых) блоков очистных сооружений для поверхностного стока этих заводов возникают технологические и организационные затруднения.
Таблица 1. - Состав поверхностного стока предприятий
| Показатели | Заводы | Хоз-бытовые сточные воды | |||
| масло-экстракционный | тяжелого машиностроения | тракторный | до очистки | очищенные | |
| рН | 7,0-7,5 | 7,5-8,3 | 7,2-8,2 | 6,5-8,5 | 7,0-7,5 |
| Нефтепродукты, мг/л | 10-20 | 75-125 | 30-50 | до 5,0 | до 0,5 |
| Взвешенные в-ва, мг/л | 800-960 | 100-150 | 50-70 | 150-250 | до 20 |
| Ионы тяж. мет., мг/л | - | 1,2-1,7 | 0,8-2,1 | 10-20 | до 0,5 |
| БПК5, мг/л | 90-150 | 20-50 | 60-85 | 200-300 | до 20 |
В целом состав загрязнений поверхностного стока и их концентрации существенно изменились за последние 10 лет по ряду причин:
- снизилась мощность промышленных производств, в том числе и локальных очистных сооружений, среднегодовые объемы ливневого стока не изменились, а объем очищаемого стока снизился;
- повсеместно осуществляется несанкционированный сброс в ливневую канализацию неочищенных сточных вод предприятий;
- многократно увеличилась плотность автомобильного потока, а, следовательно, и концентрация загрязнений в смывах с автомобильных дорог;
- вследствие несовершенства системы сбора жидких и твердых бытовых и промышленных отходов часть из них попадает в ливневую канализацию.
Таким образом, в последние годы резко возросла загрязненность поверхностного стока.
Традиционно очистке и обезвреживанию поверхностного стока уделялось значительно меньше внимания, чем очистке городских и промышленных сточных вод. Но в настоящее время уровень загрязненности поверхностного стока, присутствие в нем токсичных и экологически опасных соединений, объемы сбросов ставят вопрос экологической безопасности этого вида техногенной нагрузки на окружающую среду чрезвычайно остро. Решение этой проблемы затрудняется целым рядом причин, связанных как с отсутствием необходимой нормативной базы, так и различными аспектами эксплуатации специальных очистных сооружений:
- отсутствуют методические разработки, положения, нормы и правила по принадлежности, сбору, очистке и сбросу ливневых вод, такого же уровня конкретности и ответственности, как "Правила приема сточных вод в коммунальные и ведомственные системы канализации";
- отсутствуют определенная степень ответственности и единые полномочия контролирующих организаций;
- не регламентированы требования к качеству ливневых вод, поступающих в поверхностные водоемы и на очистные сооружения коммунального хозяйства.
С учетом изложенного, а также в связи возросшей степенью загрязненности ливневых вод существующие локальные сооружения даже при условии нормального технического состояния и соблюдении технологического режима эксплуатации не в состоянии обеспечить требуемую степень очистки.
В то же время низкие минерализованность и, что особенно важно, жесткость ливневых вод свидетельствуют о предпочтительности использования их в качестве подпиточной воды для оборотных циклов водопользования без дополнительных затрат не ее подготовку (снижение солей жесткости).
С другой стороны на промышленных предприятиях в целях умягчения технической воды для нужд ТЭЦ, котельных или для подпитки водооборотных систем используют, как правило, метод ионного обмена, которой заключается в фильтровании воды через слой синтетической ионообменном смолы. Процесс регенерации, состоящей из нескольких стадий, является технологически сложным и материалоемким. Так, дополнительный расход воды, необходимый на регенерацию Na-катионитовых фильтров, составляет 15-20 % от расхода умягченной воды. Кроме того, необходимы затраты электроэнергии и реагентов (NaCl, HC1 и др.). Количество последних зависит от качества исходной умягчаемой воды и вида катионитов. В себестоимости умягченной воды стоимость реагентов составляет значительную часть. Кроме этого утилизация отработанного регенерационного раствора является актуальной для многих предприятий, так как в настоящее время отсутствуют целесообразные по экономическим и экологическим параметрам технические решения данной проблемы. Поэтому, отработанные растворы, как правило, сбрасывают в городскую систему канализации, разбавляя их хоз-бытовыми и другими промстоками. Это, в свою очередь, приводит к увеличению и так достаточно высокой минерализации водных объектов, в которые поступают очищенные городские стоки.
Обоснована целесообразность сооружения или реконструкции существующих на крупных предприятиях очистных сооружений для удаления взвешенных веществ и нефтепродуктов из ливневых вод не только с территории предприятий, но и из близлежащих жилых массивов с последующим использованием очищенных ливневых вод в качестве подпиточных вод для оборотных систем.
Сокращение расхода умягченной воды за счет использования очищенного поверхностного стока позволит, с одной стороны, частично, а иногда в значительной мере решить проблему подготовки умягченной воды для технологических целей, а с другой полностью, предотвратить загрязнение водоемов поверхностным стоком.
При этом следует иметь ввиду, что затраты на очистку и повторное использование ливневых вод для различных отраслей будут значительно отличаться. Так, например, затраты на указанные цели в топливно-энергетическом комплексе и на ряде предприятий пищевой и сельскохозяйственных отраслей ниже, чем в машиностроительной и металлургической отраслях.
Разработана и предлагается трехступенчатая схема очистки ливневых стоков промплощадок и жилых массивов с использованием:
- реагентного предварительного осаждения извещенных веществ, инициируемого и ускоряемого путем дозирования в определенных пропорциях компонентов композитного отечественного коагулянта, а также при необходимости корректировки рН;
- сорбции нефтепродуктов в аппаратах нестандартной конструкции, загруженных сорбентами нового поколения природного и искусственного происхождения;
- доочистки ливневых вод на фильтрах с загрузкой, в качестве которой используются: антрацитовые фильтраты, кремнезему различного состава и кристаллической структуры или другие природные и искусственные сорбенты.
Результаты показателей качества ливневой воды после очистки по указанной схеме, проведенных в лабораторных условиях приведены в табл.2.
Таблица 2. - Показатели эффективности очистки ливневых вод по предлагаемой трехступенчатой схеме
| Наименование ингридиента | Исходная вода | После I ступени | После II ступени | После III ступени |
| Взвеш. в-ва, мг/л | 400 | 50 | 5...10 | 1...2 |
| Нефтепродукты, мг/л | 40 | 10 | 5 | 0...0,5 |
| БПК, мг/л | 30 | 6...12 | 3...6 | 1...3 |
Данные, приведенные в табл.2 свидетельствуют , что такая степень очистки ливневых вод дает возможность не только использовать их для технологических нужд вместо умягченной воды, но и позволяет сбрасывать их в поверхностные водоемы, в случае необходимости, без нарушения существующих нормативов.
Капитальные и эксплуатационные затраты предлагаемой схемы в несколько раз меньше аналогичных затрат при умягчении технической воды для производственных целей традиционным ионообменным методом. При этом одновременно за счет предотвращения сброса ливневых вод в водоемы в значительной мере снижается суммарный уровень их загрязненности.
В связи со сложившейся экологической обстановкой и с экономической точки зрения целесообразным является создание малых очистных сооружений, позволяющих очищать поверхностные сточные воды перед сбросом в водоем непосредственно на выпуске. При разработке такого решения по данным предварительных исследовании возможно создание энергосберегающих компактных очистных сооружений (ЭКОС) в местах выпуска стоков в водоем.
По данным научных проработок при очистке поверхностного стока в компактных очистных установках достаточно эффективно осуществляется очистка от загрязнений (пескогрязеулавливание - до 80%) и всплывающих веществ (нефтемаслоулавливание - до 90%). Габариты сооружения при среднем расходе стока 0,2 м3/с по предварительным расчетам могут быть: длина 15-20 м; ширина 5-10 м; высота 1-4 м. Доочистка стоков может осуществляться с помощью фильтров-вставок устроенных непосредственно в ЭКОС. Уловленные загрязнения накапливаются в емкостях для последующего вывоза и утилизации.
Незначительная стоимость ЭКОС определяется его компактностью, возможностью изготовления из недорогих строительных материалов, возможностью эксплуатации очистных сооружений без подачи электроэнергии.
Количество выносимых с городских территорий поверхностным стоком загрязнений, а также их концентрации в этом стоке зависит от интенсивности, продолжительности, частоты выпадения осадков. Следовательно, общее количество загрязнений, смываемых с единицы водосборной поверхности будет существенно меняться в зависимости от характера дождя. Расчет выноса загрязнений с городской территориии может осуществляться с помощью расчетных концентраций дождевого и талого стока. Далее приведем расчет количества загрязняющих веществ с урбанизированной территории.
Q=10*Qt*Fm*y*Cp, г/м3
где Qt - сумма осадков за теплый период года (апрель-октябрь), (300) мм;
Fm - площадь города, (2310) га;
y - коэффициент стока, который зависит от чаcти твердой поверхности в сумме площадей урбанизованных территорий (0,7);
Cp - концентрация загрязняющих веществ, (0,00132) т/м3
Введите свои значения и получите результат расчета количества загрязняющих веществ с урбанизированной территории
Наше исследование было построено таким образом, чтобы получить данные, характеризующие загрязнение реки в районе центра города Донецка и в районе города Мариуполя возле выпуска сточных вод завода "Азовсталь", где точки отбора проб выбраны до и после сбросов сточных вод.
В таблице представлены результаты исследований качества воды в реке Кальмиус.
Таблица. Сравнительная характеристика качества воды р. Кальмиус в районах г.Донецка и г.Мариуполя.
| Показатели | ПДК | р. Кальмиус в районе г.Донецка 2003 | р. Кальмиус в районе г.Мариуполя 2003 | ||
| пр-т. Ильича | пр-т Дзержинского | до сброса | после сброса | ||
| плотность, г/см3 | - | - | - | 1,0010 | 1,0025 |
| цветность, град. | 10 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| рН | 6,5-8,5 | 7,5 | 7,9 | 8,2 | 9,9 |
| CL-, мг/л | 350 | 522 | 511 | 492 | 2441 |
| SO42-, мг/л | 500 | 550 | 595 | 888 | 816 |
| Fe2+, мг/л | - | - | - | 0,08 | 0,10 |
| Fe3+, мг/л | - | - | - | 0,11 | 0,05 |
| Feобщ, мг/л | 0,5 | 0,12 | 0,28 | 0,19 | 0,15 |
| перманганатная окисляемость, мг*O2/л | 10 | 11,5 | 11,8 | 7,2 | 14 |
| Ca2+, мг-экв/л | - | - | - | 10,2 | 8,2 |
| Mg2+, мг-экв/л | - | - | - | 8,0 | 17,9 |
| Общ. жёсткость, мг-экв/л | 10 | 9,5 | 9,7 | 18,2 | 26,1 |
| CO32-, мг/л | 20 | 0 | 18 | 0 | 24 |
| HCO3-, мг/л | 700 | 420 | 430 | 342 | 238 |
| Жесткость, ммоль: Общая =Ca2++Mg2+ Устранимая =HCO3- Постоянная=ОЖ-УЖ |
7 |
9,5 6,9 2,6 |
9,7 7,1 2,6 |
18,1 5,6 12,5 |
26,0 3,9 22,1 |
Из результатов, характеризующих качество речной воды видно, что цветность, содержание железа (Fe2+, Fe3+, Feобщ), HCO3-, Ca2+ на протяжении течения реки Кальмиус практически не изменяются.
рН, содержание ионов CL-, SO42-, Mg2+ и, следовательно, общая и постоянная жесткости, а также перманганатная окисляемость резко увеличиваются после сбросов завода "Азовсталь".
Также видно, что почти все показатели (кроме Feобщ, рН, CO32-, HCO3- в районе города Донецка и HCO3-, Feобщ в районе города Мариуполя) превышают предельно допустимую концентрацию (ПДК).
Следует обратить внимание на то, что температура воды на выпуске 40 - 500С, что изменяет температурный режим реки.
Таким образом, исследования показали, что качество воды реки Кальмиус существенно зависит от состояния стоков, поступающих в реку.
Вода в реке Кальмиус в районах расположения двух крупных промышленных городов характеризуется различными уровнями загрязнения по отдельным показателям.