2074

Сточные воды больших городов перед спуском в водный объект очищаются на станциях очистки, которые могут быть централизованными и локализованными.

Вместе с этим для города характерен поверхностный рассредоточенный сток загрязненных вод, не попадающих в канализационную сеть. Талые и дождевые воды смывают с городской территории мусор, нефтепродукты, выпавшие атмосферные аэрозоли, строительные материалы и т.п. Все это выносится в водные объекты и загрязняет их. На международных конгрессах «Экватек 96» и «Экватек 98» отмечалось, что масса загрязняющих веществ, поступающих с неорганизованными сбросами, в 3…5 раз больше сбросов с городских очистных сооружений, через которые поступают в водные объекты практически все хозяйственно-бытовые сточные воды и большая часть промышленных.

Технико-технологические методы очистки сточных вод на город-

ских станциях предусматривают механическую и биологическую очистку, обеззараживание, доочистку. Механическая очистка обеспечивает удаление плавающих и взвешенных примесей.

Биологическая очистка осуществляется в аэротенках – железобетонных, кирпичных или металлических емкостях, заполненных водой и активным илом и насыщаемых воздухом. Активный ил – это специально культивируемое сообщество организмов, пищей для которых служат органические вещества сточных вод. Биологическая очистка не обеспечивает полного уничтожения всех болезнетворных бактерий, поэтому перед сбросом в водные объекты вода обеззараживается жидким хлором или хлорной известью. После хлорирования вода подвергается дегазации, так как попадание хлора в воду может привести к гибели рыбы. Сбрасываемая вода по составу и свойствам должна соответствовать природной воде приемника сточных вод (воде реки, озера). Для придания очищаемым сточным водам качества природной воды может проводиться их доочистка в биологических прудах или сооружениях типа биоплато (рис. 4.13) [40].

Отходом биологической очистки сточных вод является отработанный иловый осадок. Специальными приемами обработки влажность ила снижают на 65…70%. Окончательное обезвоживание, высушивание и компостирование (перегнивание) илового осадка проводят на иловых площадках в течение нескольких месяцев. Компостированный иловый осадок является хорошим органическим удобрением. Обезвоживание осадков осуществляют также механически с помощью вакуум-фильтров, фильтр-прессов, центрифуг и виброфильтров. Термическую обработку осадков производят сушкой. Разработаны технологические схемы получения из обработанного осадка белково-витаминного кормового продукта (белвитамина), кормовых дрожжей и технического витамина В12. Когда утилизация осадков не-

181

возможна (высокое содержание тяжелых металлов и т.п.), осадки сжигают, при этом объем осадков уменьшается в 80…100 раз [64].

Рис. 4.13. Очистные сооружения типа биоплато:

А инфильтрационное биоплато; Б поверхностное биоплато; 1 подача воды на очистку; 2 отстойник; 3 осадок; 4 распределительный трубопровод; 5 противофильтрационный экран; 6 растительный грунт; 7 песок; 8 щебень; 9 дренаж; 10 высшая водная растительность; 11 каменная наброска; 12 очищенная вода

Технико-технологические методы очистки производственных сточных вод. На проектируемом промышленном предприятии должны использоваться те технологические процессы основного производства, при которых обеспечивается минимальное потребление воды, и применяться такие технологические решения, которые позволяют использовать схемы оборотного и повторно-последовательного водоснабжения. Забор воды из источников питьевого водоснабжения допускается в исключительных случаях и при соответствующем технико-технологическом обосновании. Если для водоснабжения предприятия намечается использование подземных вод, анализируются данные о возможности отбора вод в требуемом объеме, о глубине залегания и мощности водоносных горизонтов, химическом составе вод и др.

Производственные сточные воды очищаются на очистных сооружениях данного промышленного объекта. После очистки они могут быть использованы для технического водоснабжения, или поданы на городские очистные сооружения для доочистки, или сброшены в водные объекты.

В основе очистки и обеззараживания природных вод на стадии водоподготовки, а также сточных и оборотных вод в системах водоочистки лежат однотипные по своей сути процессы. Задачей очистки воды явля-

ется снижение содержания загрязняющих веществ, находящихся в виде взвешенных частиц или в растворенной форме, до нормируемого уровня. Задача обеззараживания воды – уничтожение патогенных микроорганизмов. Современные технологии обработки воды многообразны. Они основаны на использовании большого числа методов, реагентов и технических

182

решений. Вода очищается от взвешенных частиц, высокомолекулярных соединений, ионов металлов и минеральных солей.

Технико-технологические методы очистки и обеззараживания сточных

Принципы очистки и обеззараживания рассмотрены нами при описании подготовки питьевой воды, а также очистки городских сточных вод.

Экологические требования к сбросу производственных сточных вод

[75]. В поверхностные водные объекты запрещается сбрасывать сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний, а также вещества, для которых не установлены ПДК или ОДУ. Не допускается сброс сточных вод в черте населенных пунктов, в пределах первого пояса ЗСО источников хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Негативным фактором воздействия сточных вод на водные объекты является температура. Так, летняя температура воды в результате сброса сточных вод в водные объекты хозяйственно-питьевого и рекреационного водопользования не должна повышаться более чем на 3 оС по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года.

Контрольный створ (пункт) на водотоках устанавливается не далее 500 м по течению от места сброса сточных вод и в радиусе 500 м от места сброса на акватории (на непроточных водоемах и водохранилищах). При сбросе сточных вод в черте населенных пунктов контрольный створ располагается непосредственно у места сброса.

183

Количество производственных сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, регламентируется нормативами предельно допустимых сбросов

(ПДС). Под ПДС понимают максимально допустимую массу загрязняющего вещества, отводимую со сточными водами в единицу времени, которая позволяет обеспечить соблюдение норм качества воды в контрольном створе водного объекта.

ПДС (г/ч) для каждого показателя качества воды определяется как произведение максимального часового расхода сточных вод Qст (м3/ч) на его предельно допустимое значение СПДС (г/м3 или мг/л):

ПДС = Qст СПДС .

Расчет ПДС основан на следующих положениях [75].

1.ПДС устанавливается для каждого выпуска сточных вод в водный объект и для каждого вредного вещества, в том числе продуктов его трансформации.

2.ПДС устанавливается исходя из условия, что концентрации загрязняющих веществ не будут превышать гигиенические нормативы химических веществ и микроорганизмов в воде водного объекта в контрольном створе.

3.При расчете ПДС не учитывается ассимилирующая способность водных объектов.

4.При наличии в сточных водах химических веществ, содержащихся

вводе фонового створа на уровне ПДК, в расчетах ПДС не учитываются процессы разбавления.

Исходными данными для расчета ПДС являются: категория водного объекта – приемника сточных вод; расчетное значение фоновой концентрации; кратность разбавления сточных вод при наихудших гидрологических условиях; тип и месторасположение выпуска сточных вод; фактические (проектные) концентрации загрязняющих веществ в сточной воде; максимальный часовой расход сточных вод.

Взависимости от значения фактической (проектной) концентрации, расчет ПДС проводят следующим образом.

1.Фактическая (проектная) концентрация загрязняющего вещества

Сст меньше его нормативной концентрации в водном объекте (приемнике

сточных вод), т.е. Сст 1ПДК. В этом случае за показатель СПДС принимается фактическая (проектная) концентрация вредного вещества: СПДС =

=Сст. Предельно допустимый сброс рассчитывается как

ПДС = Qст Сст .

2. Фактическая (проектная) концентрация загрязняющего вещества Сст превышает нормативную концентрацию, установленную для водного

184

объекта данной категории водопользования, т.е. Сст 1ПДК. Показатель СПДС принимается равным 1ПДК: СПДС = 1ПДК. ПДС рассчитывается как

ПДС = Qст ПДК.

В этом случае для действующих предприятий устанавливаются временно согласованные сбросы (ВСС) на период осуществления мер по достижению ПДС (на срок не более 5 лет).

При установлении норматива ПДС должно соблюдаться условие суммирования концентраций вредных веществ для водных объектов соответствующей категории. Например, для веществ 1-го и 2-го классов опасности и культурно-бытового (рекреационного) водопользования водного объекта должно соблюдаться условие

Для каждого вещества СПДС составляет долю своего ПДК, т.е.

CПДСi = Кi ПДКi , когда Кi 1 .

Значения Ki должны удовлетворять двум ограничениям:

С учетом этих ограничений величины Кi должны подбираться таким образом, чтобы достижение норм ПДС требовало минимальных экономических затрат [40]. Фоновая концентрация загрязняющего вещества должна быть учтена в доле его ПДК.

Сброс вод в подземные горизонты применяется при отсутствии разработанных технологий очистки определенных видов стоков. Он возможен только в тех случаях, когда поглощающие скважины и колодцы для сброса сточных вод не могут быть источниками загрязнения водных горизонтов, используемых или намечаемых для водоснабжения [48].

Поверхностный сток с территории предприятия. Загрязняющие вещества от проектируемого объекта могут поступать в водные объекты не только через выпуски сточных вод, но и при смыве вредных веществ с территории.

Годовой объем стока дождевых вод WД и талых вод WТ , м3/год, определяется по формуле [40]

WД (Т) =10 Н ψ F ,

где Н – слой осадков за теплый или холодный период года, мм; ψ – коэф-

фициент стока дождевых или талых вод; F площадь водосбора, га (1 га = =104 м2).

185

Объем поливомоечных сточных вод WПМ , м3/год, определяется по формуле

WПМ =10 q n K F ,

где q – расход воды на мойку единицы площади твердых покрытий, q = =1,2…1,5 л/м2; n – количество моек в году; K – коэффициент стока поливомоечных вод, К = 0,5; F – площадь обрабатываемых покрытий, га.

Общий объем поверхностного стока с водосборной территории за год определяется как сумма

W = WД + WТ + WПМ .

Масса загрязняющих веществ G, г/год, выносимая с территории предприятия поверхностным стоком, рассчитывается как

G = WД СД + WТ СТ + WПМ СПМ ,

где СД, СТ и СПМ – концентрации загрязняющих веществ в дождевых, талых и поливомоечных сточных водах, г/м3 (или мг/л).

В проектах предприятий должен предусматриваться отвод загрязненного поверхностного стока с территории в специальные накопители, локальные очистные сооружения или ливневую городскую канализацию.

Для защиты поверхностных и подземных водоемов от загрязненных дренажных вод должны предусматриваться устройства пристенных и пластиковых дренажей при строительстве зданий и сооружений проектируемого объекта. Отвод дренажных вод должен планироваться на очистные сооружения или гидрографическую сеть.

4.8. Мероприятия по охране почв и растительного покрова на городских территориях

Городские почвы. Почвы в результате градостроительной и хозяйственной деятельности подвергаются деградации, отчуждению, загрязнению.

Деградация городских почв – это уничтожение плодородного слоя почвы, частичное или полное разрушение почвенного покрова, сопровождающееся ухудшением его физического и биологического состояния, снижением плодородия. При строительстве зданий, дорог, возведении коммуникаций, после воздействия на почвы различной техники – бульдозеров, экскаваторов, грейдеров происходит частичное или полное уничтожение почвенного покрова. Измененные, особенно разрушенные почвы требуют восстановления, а иногда и воссоздания заново.

К процессам деградации относятся эрозии почв – разрушение почв и вынос рыхлых компонентов почвенного материала водой и ветром. Водная эрозия происходит под воздействием поверхностного стока, дождевых и талых вод. Ветровая эрозия (дефляция) представляет собой выдувание мелкозема из верхних почвенных грунтов.

186

Интенсивность эрозии городских почв возрастает за счет загрязнения атмосферного воздуха, выпадения кислотных дождей и кислотных рос. Процессы эрозии почв усиливаются под влиянием вибрационных полей. Подтопление городских территорий ведет к водонасыщению и переувлажнению почвенного покрова и, как следствие, к нарушению его структуры.

К процессам деградации почв относится их переуплотнение. Как правило, почвы города сильно переуплотнены с поверхности, в корнеобитаемом слое. Уплотнение почв приводит к уменьшению их пористости, а значит, к уменьшению влагоемкости и воздухопроницаемости почв. От величины пор зависит продвижение воды в почве, водоподъемная способность

имобильность воды. Наблюдается зависимость между плотностью почвы

иводопроницаемостью. Так, водопроницаемость естественных почв на 60% выше по сравнению со средневытоптанным участком и в 4 раза выше

по сравнению с сильновытоптанным. Средняя плотность городских почв составляет 1,4…1,6 г/см3. В то время как оптимальная плотность пахотного

горизонта для большинства культурных растений составляет 1,0…1,2 г/см3, а граница переуплотнения горизонта и прерывание развития корней начинается с величины 1,4 г/см3 для суглинистых почв и 1,5 г/см3 для пес-

чаных. Твердость почвы на уплотненных участках города составляет 40…45 г/см2, тогда как для нормального роста трав эта величина должна быть в два раза меньше. Сильное уплотнение почвы ведет к созданию в корнеобитаемом слое условий, близких к анаэробным, особенно в период продолжительных дождей. В таких условиях затрудняется рост корней древесных и травянистых растений и нарушается процесс их естественного возобновления. В уплотненных почвах масса корней в 2,5…3 раза меньше, чем в неуплотненных. Хорошо предохраняет почву от переуплотнения лесная подстилка, а также дернина [80].

Земли отчуждаются под жилые здания, промышленные объекты, дороги. Застроенные или замощенные земли в крупных городах занимают до 70…90% городской территории. Запечатанные асфальтом, жилыми и промышленными постройками почвы практически непроницаемы для осадков и, в меньшей мере, для воздуха. Запечатанные почвы имеют измененные водный, воздушный и тепловой режимы. Для них характерны условия повышенной влажности, дефицита кислорода, меньшего градиента температуры.

Почвы, запечатанные под зданиями, без естественной аэрации переувлажняются. Это вызывает повышение влажности в подвалах и ведет к разрушению фундаментов. В результате страдает здоровье жителей нижних этажей: наблюдается повышенная влажность помещений, развитие патогенной грибковой микрофлоры, борьба с которой затруднена. Одной из мер уменьшения негативного воздействия запечатывания почвы является создание вокруг каждого здания буферной зоны.

187

Излишнее покрытие почвы асфальтом в лесопарках, скверах, бульварах и прочих аналогичных территориях также неблагоприятно: корни, попадающие под асфальт, гибнут в анаэробных условиях. Асфальтовое покрытие практически полностью экранирует почву от поступления кислорода с атмосферным воздухом. В почву под асфальтом дорог кислород может поступать из граничащих с ней участков. Фиксируется прямая связь между количеством кислорода в центре дороги и ее шириной. В почвах асфальтированных территорий города развиваются специфичные аэробные виды микроорганизмов. Часть почв городской территории отчуждается захламлением бытовыми и строительными отходами. При этом свалки отходов становятся источниками химического загрязнения почв, а также атмосферного воздуха и грунтовых вод.

Загрязнение почв в результате антропогенной деятельности приводит к изменению их химического состава и ухудшению качества, вызывает целый ряд негативных последствий вплоть до потери способности к биопродуктивности и самоочищению. Вредные вещества поступают в почвы городов в результате разрушения и строительства зданий, выбросов транспорта, металлургических, нефтеперерабатывающих и химических предприятий, энергетических станций, слива сточных вод, применения противогололедных химикатов.

Наиболее опасные компоненты техногенного загрязнения почв – тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь и др. Тяжелые металлы поступают в почву в основном из воздуха, вовлекаются в биологический круговорот, передаются по цепям питания и вызывают целый ряд негативных последствий для здоровья человека. Тяжелые металлы блокируют течение многих биохимических реакций, уменьшают скорость разложения органических веществ в почве. Только водорастворимые подвижные формы металлов способны переходить в водный раствор почвы и уходить за пределы почвенного профиля в грунтовые воды. В настоящее время для многих крупных городов составляются картосхемы загрязнения земель тяжелыми металлами.

Противогололедные соли: хлориды кальция, натрия и др., которыми посыпают тротуары и дороги зимой, попадают в почву с поверхностными стоками и дренажными водами. С присутствием этих солей связывается повышенная щелочность среды корнеобитаемого слоя городских почв. Другой причиной щелочности городских почв считают высвобождение соединений кальция из отходов строительства (бетонной крошки, цементной пыли, строительного мусора, обломков кирпича) под действием кислотных атмосферных осадков [80]. Высокая щелочность почвы может сделать ее непригодной для роста растений.

Загрязнение почв природным газом в местах его утечки из городских коммуникаций вызывает изменение газового состава почв. Это может при-

188

водить к усыханию деревьев и кустарников, а также вызывать активное развитие групп анаэробных микроорганизмов. Микроорганизмы участвуют в окислении природного газа, употребляя кислород и продуцируя углекислый газ. Область влияния утечки газа зависит от интенсивности последней и может иметь радиус до 20 м [80].

Почвы городских территорий подвержены загрязнению патогенными организмами, яйцами гельминтов и личинками насекомых, отдельные группы которых могут обуславливать возникновение и передачу заболеваний различной этиологии (кишечные инфекции, гельминтозы, паразитарные заболевания). Большую санитарную опасность представляют собой возбудители кишечной инфекции, попадающие в почву с фекальными массами. В фекальных осадках могут содержаться также представители патогенной микрофлоры – возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др. Быстрота гибели в почве разных микроорганизмов неодинакова. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время сохраняться и даже размножаться в почве и грунтах. К ним относятся возбудители столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и др. микробы. Почвы способны освобождаться от бактерий. Даже при очень сильном бактериальном загрязнении самоочищение почв происходит в течение нескольких месяцев. Существенную роль в этом процессе играет тип почв и степень их загрязнения.

Загрязнение почв сопровождается распространением ее загрязнителей в других средах: воздухе и воде. Вредные вещества почвы переходят в растения.

Основная экологическая функция городских почв – очищение городской среды от загрязнения ее вредными веществами. Эта функция связана с поглотительными, адсорбционными и биологическими функциями почв. Почвы эффективно изымают, преобразуют и нейтрализуют различные загрязнители. Почвы города поглощают вредные газообразные вещества, в том числе от автотранспорта, ТЭЦ, промышленных предприятий, и регулируют состав атмосферного воздуха. Прямое участие почвы в преобразовании состава воздуха определяется живущими в ней микроорганизмами, участвующими в реакциях микробиологического окисления газов.

Почва является хорошим биогеохимическим барьером для большинства токсичных соединений (тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов и др.) на пути их миграции из атмосферного воздуха города в грунтовые воды и речную сеть. Через почву поверхностные сточные воды попадают в грунтовые воды, водоемы и водотоки. При этом почва играет роль очистного фильтра. Почва является хорошим антисептиком, уничтожая патогенные микроорганизмы, разлагая органические остатки и продукты обмена живых организмов. Однако насыщение почв загрязнителями имеет

189

предел, в границах которого они могут функционировать. Превышение этого предела приводит к развитию патологии почв.

Одно из основных требований к почвам города – обеспечение опти-

мальных условий произрастания зеленых растений. К факторам, определяющим плодородие почв, следует отнести достаточное обеспечение их питательными веществами, значение водородного показателя, плотность почв, загрязнение тяжелыми металлами, углеводородами и другими токсичными веществами.

Показатели и оценка экологического состояния городских почв. Ос-

новными загрязняющими веществами почв являются металлы, нефтепродукты, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды. Они попадают в организм человека главным образом через среды, контактирующие с почвой: через воздух и воду. То есть почвы являются источниками вторичного загрязнения сред и в первую очередь для городских условий, приземного слоя атмосферного воздуха. Загрязняющие вещества почвы могут переходить в организм человека по пищевым цепям (через растительные и животные продукты питания). Кроме того, загрязнение почвы понижает ее способность к самоочищению от болезнетворных и др. микроорганизмов, что создает эпидемиологическую опасность для населения города. Поэтому с гигиенических позиций загрязнение почвы химическими веществами оценивается уровнем ее возможного негативного влияния на воздух и воду, на пищевые продукты, непосредственно на человека, а также на биологическую активность почвы и процессы ее самоочищения. Основным критерием гигиенической оценки опасности загрязнения почвы вредными веществами являются их ПДК.

Оценка уровня загрязнения почв города проводится по двум показателям: коэффициенту концентрации химического вещества КС и суммарному показателю загрязнения ZС. Коэффициент КС определяется как отношение реального содержания вредного вещества в почве Сi к фоновому Сф:

КС = Сi / Сф .

Ориентировочные фоновые концентрации тяжелых металлов в почвах различных типов для средней полосы России приведены в табл. 4.22 [43].

Суммарный показатель загрязнения ZС равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов:

n

ZС KСi (n 1) ,

i

где n – число загрязняющих веществ.

Тяжелые металлы почвы являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха и другими загрязнителями. Поэтому показатель ZС отражает дифференциацию загрязнения воздушного бассейна города как ком-

190