bbk 000000

УДК 628.334.2.004.69

Калинин А. В.

Физико-химический состав поверхностного стока городов Тольятти и Самары
(По материалам доклада на 7-й Международной научно-технической конференции «NOVATECH–2010», 30 июня 2010 г., Лион, Франция)

Аннотация

Результаты исследования физико-химического состава поверхностного стока с урбанизированных территорий свидетельствуют о том, что такой сток содержит большое количество загрязняющих веществ. Приведены среднегодовые значения концентрации загрязняющих веществ в поверхностном стоке городов Самары и Тольятти, динамика изменения концентраций загрязнений в дождевом и талом стоке с территории жилой застройки Автозаводского района Тольятти. Нормативные экологические требования, установленные для акватории реки Волги, по многим видам индикаторов загрязнений более жесткие, чем для водоемов рыбохозяйственного назначения в странах Евросоюза, и не соответствуют экономическим возможностям муниципальных образований. Это является причиной замораживания строительства новых сооружений очистки поверхностного стока.

Ключевые слова

предельно допустимая концентрация , состав поверхностного стока , концентрация загрязняющих веществ , талый сток , водоем рыбохозяйственного назначения

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Изучение физико-химического состава поверхностного стока с урбанизированных территорий проводилось наиболее интенсивно с начала 1970-х годов. Результаты исследований свидетельствуют о том, что такой сток содержит большое количество загрязняющих веществ. Ранее дождевые и талые воды считались относительно чистыми, и их без ограничений отводили в водные объекты, что в значительной степени повлияло на изменение химического и биологического состава многих естественных водоемов России. В перспективе это может привести к изменению всей экосистемы этих водоемов [1–4] и потере ими статуса рыбохозяйственного назначения, сокращению ресурсов питьевой воды, зон рекреации и туризма [5].

Сбросы в водные объекты загрязнений через выпуски ливневой канализации городов имеют эпизодический характер, но могут значительно изменить химический состав воды в периоды выпадения дождя или таяния снега. Во время ливня в водный объект с поверхностным стоком попадает масса взвешенных веществ, в 10 раз превышающая массу загрязнений, направляемую на станцию очистки бытовых стоков в течение суток [6].

Определить степень влияния выбросов загрязнений на тот или иной водоем очень сложно. При этом необходимо учитывать многие факторы: тип водного объекта и его гидродинамические характеристики, экологическое состояние и способность самовосстановления, биологические характеристики и хозяйственное назначение, ландшафт прилегающей территории и др. [7]. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что влияние выбросов поверхностного стока распространяется на сотни километров вниз по течению рек [8]. С другой стороны, очень сложно рассчитать состав поверхностного стока, установить его количественные характеристики, так как эти параметры в значительной степени зависят от типа и схемы водоотведения, характера бассейна водоотведения, типа экономической деятельности населения, интенсивности движения автотранспорта и многих других факторов [9].

Исследуя данную проблему, специалисты пока не смогли предложить методику расчета, позволяющую учитывать все вышеперечисленные факторы и выполнить с удовлетворительной точностью расчет экологического ущерба в результате сброса в водный объект поверхностного стока с урбанизированной территории. Вместе с тем публикуемая в многочисленных источниках информация о физико-химическом составе поверхностного стока с различных водосборных бассейнов представляет большой интерес для научного анализа и последующей классификации.

Река Волга – крупнейшая водная артерия Европы. Она является незаменимым источником воды для жителей более 400 российских городов. В результате строительства каскада гидроэлектростанций на Волге и ее притоках и увеличения антропогенной нагрузки ухудшилось экологическое состояние бассейна реки [10]. В расчете на 1 тыс. км² площади водосбора объем сбрасываемых в Волгу загрязненных сточных вод в 3,5 раза больше, чем в среднем по России. Среднегодовая токсическая нагрузка на экосистемы Волги в 5 раз превосходит этот показатель для водных экосистем других регионов страны. Расположенные на берегах Волги и ее притоков крупные промышленные предприятия в значительной мере влияют на ухудшение состояния ее экосистемы, в том числе и за счет сброса поверхностных сточных вод (табл. 1) [11]. Среднегодовые концентрации загрязнений по многим показателям превышают ПДК, установленные для стоков, сбрасываемых в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Города Самара и Тольятти, расположенные на территории водосборных бассейнов Саратовского и Куйбышевского водохранилищ, получили свое бурное развитие во второй половине прошлого века. С ростом этих городов развивалась и система канализации раздельного типа (табл. 2).

Для очистки промышленных и бытовых стоков в этих городах были построены мощные очистные сооружения, а поверхностный сток сбрасывался по ливневой канализации в водохранилища без очистки. В 1970-е годы пришло понимание необходимости очистки (хотя бы минимальной) и этого вида стоков, поэтому в Тольятти были построены сооружения для их предварительной очистки (табл. 3). Проведенные в последние годы измерения концентраций загрязнений показали, что эти сооружения не могут обеспечить удовлетворительную очистку поверхностного стока и нуждаются в реконструкции [12] (табл. 4).

Ливневой сток с селитебной территории Автозаводского района Тольятти (площадь водосбора 2150 га) сбрасывается в основной канализационный коллектор без очистки. Города Самара и Тольятти расположены в лесостепной зоне с умеренно-континентальным климатом: холодной зимой (средняя температура января составляет минус 37,8°С) и нежарким летом (средняя температура июля 20,7°С). Количество осадков изменяется в широком диапазоне, и они распределяются неравномерно в течение года. Наибольшее их количество выпадает в теплый период (максимум – в октябре). Продолжительность осадков в среднем за год составляет 1287 ч. Летние дожди имеют среднюю продолжительность 3–4 ч, продолжительность выпадения снега в сутки составляет 9–11 часов. Появление снежного покрова в среднем происходит в начале ноября, а формирование устойчивого снежного покрова – к концу ноября. Период формирования устойчивого снежного покрова длится приблизительно 40 дней, достигает максимума в феврале (средняя высота снежного покрова 36 см), а со снежным покровом составляет 142 дня [11].

Известно, что в снежном покрове в зимние месяцы накапливаются органические и неорганические загрязнения, поступающие с атмосферными осадками и в результате деятельности человека. Наиболее значительными и опасными являются загрязнения снега вдоль улиц и на дорогах, поскольку в него дополнительно попадают противогололедные смеси и нефтепродукты. В третьей декаде марта снежный покров начинает уменьшаться, снег подтаивает, уплотняется. Полностью снежный покров в регионе разрушается примерно 4–6 апреля. Максимальные расходы весенних талых вод приходятся на конец марта – начало апреля и зависят от следующих факторов: солнечная радиация, температура окружающего воздуха, выпадение дождя. Ход весеннего снеготаяния отличается неравномерностью. Исследования, проведенные в Самаре в 1999–2002 годах [11] и в Тольятти в 2005–2008 годах [13], показали, что максимальная концентрация загрязнений имеет место именно в талом стоке [14].

В Тольятти измерения концентрации загрязняющих веществ проводились департаментом жилищно-коммунального хозяйства мэрии городского округа на выходе главного ливневого коллектора с селитебной территории Автозаводского района. Данные измерений показали, что во время интенсивного таяния снега (в марте и апреле)  концентрация тяжелых металлов превышает в 4,5–2,5 раза среднегодовые значения, взвешенных веществ – в 3,3–2,5 раза, нефтепродуктов – в 2–1,5 раза, органических веществ (март) – в 2,5 раза, нитратов (февраль, март) – в 1,7 раза, сульфатов (апрель) – в 1,5 раза (рисунок).

Проведенные исследования показали необходимость строительства в этих городах сооружений по регулированию и очистке поверхностного стока. Проектными организациями были предложены схемы регулирования и очистки, определена сметная стоимость сооружений, предложены площадки для их строительства [11; 12]. В частности, в Тольятти предлагается дополнительно построить: несколько насосных станций для перекачки стоков; регулирующие емкости; отстойники с встроенными камерами хлопьеобразования и подачей растворов минеральных реагентов; фильтры с двухслойной загрузкой из кварцевого песка и керамзита; установки ультрафиолетового облучения.

К сожалению, до настоящего времени муниципалитеты Самары и Тольятти не приступили к строительству новых и реконструкции старых очистных сооружений. Основная причина бездействия – отсутствие средств. Если соотнести суммы, которые необходимо выделить для того, чтобы обеспечить требуемую степень очистки стоков, с возможностями муниципальных бюджетов, то становится понятным, почему муниципальные власти до настоящего времени не выделили ни копейки на осуществление этих планов.

Высокая стоимость строительства очистных сооружений, прежде всего, связана с необходимостью глубокой очистки стоков. Известно [15–18], что очистка стоков тем дороже, чем меньше должна быть в них концентрация загрязняющих веществ, а удаление весьма малых остаточных концентраций загрязнений требует применения более сложных и дорогостоящих методов. Выполнение требований нормативных документов вынуждает проектировщиков делать выбор в пользу более дорогостоящих сооружений [17]. Очень часто эти нормативные требования более жесткие, чем в экономически развитых странах Европы и Америки. В табл. 5 приведены предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ для водоемов рыбохозяйственного назначения, установленные декретом от 18 июля 1978 г. для стран Евросоюза, и нормы, утвержденные для городов Тольятти и Самары [11; 12].

Сравнение приведенных в табл. 5 предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ показало, что по многим видам загрязнений нормативные требования, установленные для акватории Волги, более жесткие, чем для водоемов рыбохозяйственного назначения развитых стран Европы. По целому ряду параметров (например, эффективность очистки сточных вод) требования, установленные для стоков, сбрасываемых в водоемы рыбохозяйственного назначения, или невыполнимы, или трудновыполнимы [19]. Представляется, что действующие нормы по очистке поверхностного стока на данном этапе не способствуют решению экологических проблем реки Волги, поскольку не соответствуют экономическим возможностям муниципалитетов городов. Результатом этого несоответствия стало замораживание строительства сооружений очистки поверхностного стока, что и наблюдается на примере Самары и Тольятти.

Выводы

Концентрации загрязнений на выпусках коллекторов ливневой канализации городов Самара и Тольятти не соответствуют установленным нормам. Особенно это характерно для периодов интенсивного таяния снега, когда концентрации загрязнений по многим показателям превышают среднегодовые значения в 4,5–2 раза. Вместе с тем, муниципалитеты и Самары, и Тольятти пока не приступили к реконструкции старых и строительству новых очистных сооружений, отвечающих нормативным требованиям по предельно допустимым концентрациям загрязнений в сбросах в водоемы рыбохозяйственного назначения из-за отсутствия финансовых средств. Действующие экологические нормы по многим видам индикаторов загрязнений более жесткие, чем для водоемов рыбохозяйственного назначения стран Евросоюза, и не соответствуют экономическим возможностям многих муниципальных образований, что и приводит к замораживанию строительства новых сооружений очистки поверхностного стока.

Список цитируемой литературы

1. Емельянова Ю. С. Влияние экологического состояния Жигулевского и Саратовского водохранилищ на водоснабжение городов: Материалы 8-й Междунар. научно-практ. конф. «Города России: проблемы строительства, инженерного обес­печения, благоустройства и экологии». – Пенза, 2006.
2. Ильин Ф. Е. и др. Трансформация качества водной среды г. Тобольска / Там же.
3. Коннов В. И. Состояние водных объектов в границах городов Восточного Забайкалья / Там же.
4. Свергузова С. В., Проскурина И. И., Василевич Н. Н. Экологическая оценка состояния водных ресурсов Белгородской области: Сб. материалов Междунар. научно-практ. конф. «Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России». – Пенза, 2005.
5. Chocat B., Cathelain M., Mares A., Mouchel J. M. La pollution due aux rejets urbains de temps de pluie. Impacts sur les milieux rcepteurs. Expos introductif: «La pluie, source de vie, choc de pollution»: 146me session du comit technique de la S.H.F. – Paris, La Houille Blanche. 1994. № 1/2.
6. Gromaire M. C. La pollution des eaux pluviales urbaines en rseau d’assainissement unitaire, caractristiques et origines. PhD thesis, ENPC – Marne-la-Valle, 1998.
7. Tabuchi J. P., Bachoc A. Proposition d’un programme national de recherche et d’exprimentation sur la pollution des rejets urbains de temps de pluie. Groupe de Travail AGHTM: «Les rejets urbains de temps de pluie». – Paris, 1993.
8. House M. A., Ellis J. B., Herricks E. E., et al. Urban drainage – impacts on receiving water qua­lity // Water Science Technology. 1993. № 27.
9. Parent-Raoult Ch., Boisson J. C. Impacts des rejets urbains de temps de pluie (RUTP) sur les milieux aquatiques: tat des connaissances. Revue des sciences de l’eau // Journal of Water Science. 2007. V. 20. № 2.
10. Большой российский энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.
11. Гриднева М. А. Совершенствование отведения и очистки поверхностных сточных вод урбанизированных территорий: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. – Самара, СГАСУ, 2004.
12. Схема развития систем водоснабжения и канализации города Тольятти с перспективой до 2015 года. – Ростов-на-Дону, ОАО Институт «Ростовский Водоканалпроект», 2005.
13. Kalinin A., Louchkin I. Composition physico-chimique des rejets urbains de temps de pluie des villes industrielles de la Volga Moyenne. Techniques et stratgies durables pour la gestion des eaux urbaines par temps de pluie: 7me confrence internationale NOVATECH–2010. – Lyon, GRAIE, 2010.
14. Алеексеев М. И., Курганов А. М. Организация отведения поверхностного (дождевого и талого) стока с урбанизированных территорий. – М.: АСВ; СПбГАСУ, 2000.
15. Вознесенский В. Н., Лядов В. В. Очистка ливневых и производственных сточных вод на локальных очистных сооружениях // Водоснабжение и сан. техника. 1999. № 6.
16. Гриднева М. А. Оптимизация стоимости очистных сооружений и регулирующих резервуаров: Всеросс. научно-практ. конф. «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивости развития городов Поволжья». – Тольятти, 2004.
17. Китаев А. Л. Очистка поверхностного стока с территорий городов // Водоснабжение и сан. техника. 1997. № 2.
18. Стрелков А. К. и др. Технологическая схема очистки поверхностного стока Куйбышевского района Самарской области // Технологии, материалы, конструкции в строительстве. – Самара, 2002. № 1 (11).
19. Данилович Д. А., Довлатова Е. В. Предложения по новому законопроекту, регулирующему экологические аспекты водоотведения поселений // Водоснабжение и сан. техника. 2010. № 8.