4078
.pdf
Нaправах рукописи
Беляев Александр Юрьевич
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АЗС В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ
25.00.36 «Геоэкология»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 2003
Диссертационная работа выполнена в Московском государственном строительном университете
Научный руководитель
Научный консультант
Официальныеоппоненты
Ведущая организация
кандидат геолого-минералогических наук, доцентКашперюкП.И.
доктор технических наук, профессор Потапов А.Д.
доктор технических наук, профессор БоровковB.C.
кандидат технических наук, профессор Рожков А.Н.
ГТП «Научно-исследовательский и проектный институт генерального плана города Москвы»
Защита состоится 25 декабря 2003 г. в т^часов на заседании диссертационного совета Д212.138.07 в Московском государственном строительном университете по адресу:
129337 г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, МГСУ Зал заседаний Ученого Совета (1 этаж административного здания)
fax (095) 188-01-02; (095)261-81-20
С диссертационной работой можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МГСУ.
Автореферат разослан 25 ноября 2003 года.
Ученый секретарь диссертационного совета |
|
кандидат геолого-минералогических наук, |
А.Д. Потапов |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы воздействия автозаправочных станций на окружающую
среду, в том числе проблемы загрязнения поверхностного стока связана с распространенностью данного источника техногенного загрязнения на территории городов и городских агломераций.
Развитие сети АЗС в последнее десятилетие значительно возросло в связи с резким увеличением автомобильного парка. Согласно данным официальной статистики автомобилизация в различных регионах России выросла в 3-4 раза. Если в 1992-1993 годах в Москве действовало немногим более 200 АЗС. то к 1998 году 600, а уже к 2003 году их количество достигло 750.
Как показывает анализ литературных источников, проблема воздействия АЗС на окружающую среду, несмотря на ее актуальность, остается малоизученной как в целом, так и по отдельным факторам. Анализ отечественных публикаций по экологическим проблемам АЗС за последние 10 лет выявил лишь единичные работы,
причем постановочного либо обзорного |
характера (работы |
В.Н. Бондарь, |
Л.В. Власова, С.Р. Борисова, И. Потравного |
и С. Подгузафарова, |
Е.Л. Беляевой, |
Н.Д. Антиповой. В.И. Бухтиярова, А.П. Нечаева, М.Н. Филатовой, А.В. Балакина, В Б. Мещерякова). Практически отсутствуют публикации по результатам экспериментальных исследований в области оценки воздействия АЗС на окружающую среду.
До последнего времени наиболее актуальной и соответственно изучаемой проблемой техногенного воздействия АЗС являлась проблема загрязнения атмосферного воздуха в увязке с размерами санитарно-защитньк зон (СЗЗ). Однако, в результате проводимых общегородских мероприятий согласно Постановлению Правительства Москвы № 663-ПП т 20.08.2002 г. «О снижении выбросов моторного топлива в атмосферу» и применения на автозаправочных станциях и комплексах систем «закольцовки»' и «улавливания» выбросов топливных резервуаров и ТРК2 наблюдается поэтапное снижение эмиссии паров нефтепродуктов к атмосферу.
Следующей но значимости проблемой техногенного воздействия АЗС, причем менее изученной, является проблема загрязнения поверхностного стока. Она трудно решается техническими средствами и мало разработана в методическом отношении. С проблемой загрязнения вод поверхностного стока неразрывно связана проблема загрязнения геологической среды и подземных вод. В системе техногенного воздействия АЗС на окружающую среду поверхностный сток играет интегрирующую роль: с одной стороны, poль среды-«аккумулятора» загрязняющих веществ (3В),
' системы "закольцовки"сиситемы паровозвратa - системы рекуперации выбросов — мероприятие обеспечивающие возврат паров нефтепродуктов по обратному шлангу в цистерны бензовоза при сливе топлива.
2ТРК - топливнораздаточные колонки на АЗС
поступающих из атмосферы, и в результате проливов нефтепродуктов, с другой — роль «проводника» ЗВ в геологическую среду и подземные воды.
Во многом из-за отсутствия экспериментальных научных данных об уровне загрязнения вод поверхностного стока в настоящее время нет единого мнения о необходимости их локальной очистки перед сбросом в ливневую канализацию. На сегодняшний день в нормативно-методической литературе по проектированию разделов «Охрана окружающей среды» и по разработке проектов очистных сооружений поверхностного стока отсутствуют установленные (удельные) показатели загрязнения поверхностного стока с территории АЗС, что не позволяет адекватно рассчитывать вынос ЗВ (реальный или задерживаемый очистными сооружениями).
Цель работы - экспериментальное изучение техногенного воздействия современных АЗС, в частности загрязнения вод поверхностного стока, и разработка на основе полученных экспериментальных данных научно-обоснованных предложений и рекомендаций для учета этого фактора на протяжении полного жизненного цикла АЗС: при их размещении, проектировании, строительстве, эксплуатации и выводе с территории.
Всоответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1.Проведение натурных исследований покомпонентного состава и уровня загрязнения поверхностного стока с территории АЗС, выявление приоритетных ЗВ, в том числе по составу углеводородного загрязнения.
2. Определение средних и максимальных уровней загрязнения поверхностного стока АЗС, оценка взаимосвязи с факторами его формирования: производительностью, сроком эксплуатации, загрязнением воздушного бассейна, климатическимиусловиями (сезонностью, осадками).
3.Сравнительный анализ уровня загрязнения поверхностного стока АЗС и других городских территорий, оценка необходимости локальной очистки перед сбросом в городские водосточные сети.
4.Разработка предложений по использованию экспериментально полученных показателей загрязнения вод поверхностного стока в инженерных расчетах при проектировании, строительстве и эксплуатации АЗС.
5.На основе расчета валового (годового и секундного) выноса ЗВ разработка предложений по лимитам техногенного воздействия АЗС, в частности - по показателям ПДС3
6.Разработка практических предложений и рекомендаций но учету загрязнения поверхностного стока при проектировании, строительстве и эксплуатации АЗС на основе методов снижения уровня загрязнения и инженерной защиты геологической
ПДС - показатели предельно допустимого стока с территории (т/год, г/сек)
4
среды.
Объекты исследования Современные многофункциональные автозаправочные комплексы различной
производительности, в основном, компании «British Petroleum», эксплуатирующиеся в Москве в границах промплощадок и СЗЗ (50-100 м от границы промплощадки).
Предмет исследования Изучение уровня и покомпонентного состава загрязнения поверхностного стока,
оценка взаимосвязи с факторами, определяющими условия его формирования: производительностью, сроком эксплуатации, климатическими условиями (сезонность, количество осадков), с уровнем загрязнения воздушного бассейна. Сравнительный анализ загрязнения поверхностного стока АЗС с уровнем загрязнения других городских территорий. Методы инженерной защиты геологической среды, в том числе локальная очистка вод поверхностного стока АЗС, методы локализации загрязнения почвогрунтов и грунтовых вод, методы геоэкологического мониторинга и санации почвогрунтов и грунтовых вод.
Методика исследования Методика исследования базируется на анализе практики проектирования,
строительства и эксплуатации современных АЗС, на изучении литературных источников но исследуемой проблеме, на проведении собственных натурных исследований вод поверхностного стока с последующей статистической обработкой экспериментальных данных, на теоретическом обобщении экспериментальных материалов с разработкой научно-обоснованных предложений и рекомендаций.
Использованы методы математического (расчетного) моделирования выноса загрязняющих веществ с территории АЗС.
В соответствии с разработанной в диссертации методикой изучения загрязнения вод поверхностного стока АЗС лабораторные исследования отбираемых проб выполнялись Аккредитованной испытательной лабораторией ЦГСЭН Московской области при участии автора.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые проблема загрязнения поверхностного стока с территории АЗС изучена экспериментально: определены уровни и приоритетные компоненты загрязнения, установлены основные закономерности загрязнения, в том числе сезонные изменения уровня. В контексте полученных данных, разработаны научно-методические и практические рекомендации для учета при проектировании, строительстве и эксплуатации АЗС Проанализированы и систематизированы методы снижения уровня загрязнения поверхностного стока АЗС и методы инженерной защиты геологической среды, даны
рекомендации по их практическому |
использованию, в частности |
- по применению |
локальной очистки поверхностного |
стока, по очистке грунтов и |
подземных вод от |
5
загрязнения нефтепродуктами. Предложено использование методов гидроизоляции площадки или устройство экранов го синтетических материалов для локализации нефтепродуктового загрязнения. Разаработана методика геологического мониторинг с использованием методов санации почвогрунтов и грунтовых вод. Обоснованны лимиты техногенного воздействия АЗС в части загрязнения поверхностного стока (ПДС) для включения в нормативные документы.
На защиту выносятся:
1. Результаты системного анализа техногенного воздействия современных АЗС на окружающую среду в виде многофакторной модели (блок-схемы) его формирования.
2.Результаты натурных исследовании вод поверхностного стока АЗС, включающие анализ экспериментальных данных, оценку покомпонентного состава сточных вод, показатели среднего и максимального уровня загрязнения.
3.Оценка взаимосвязи загрязнения поверхностного стока с производительностью, сроком эксплуатации АЗС, загрязнением воздуха и климатическими факторами (сезонностью и осадками).
4.Результаты сравнительного анализа уровня загрязнения вод поверхностного стока АЗС с уровнем загрязнения сточных вод других городских территорий: селитебных зон, магистралей, транспортных предприятий.
5.Результаты расчета выноса загрязняющих веществ с территорий современных АЗС, предложения по лимитам техногенного воздействия (ПДС).
6.Научно-методические и практические рекомендации для проектирования на АЗС комплексной инженерной защиты почвогрунтов и грунтовых вод от загрязнения поверхностным стоком, включая методику принятия решений по локальной очистке поверхностного стока, применение методов гидроизоляции площадки АЗС или устройства гидроизолирующих экранов на пути возможного распространения шлейфа загрязнения на основе синтетических материалов, методику геоэкологического мониторинга с использованием методов инженерной
ибиологической санации грунтов и грунтовых вод.
Практическая значимость Экспериментально установлены средние и максимальные уровни загрязнения
поверхностного стока АЗС, рекомендованные для использования в нормативных расчетных, методах определения уровня загрязнения поверхностного стока, при оценке воздействия на окружающую среду и проектировании очистных сооружений. Определены лимиты техногенного воздействия АЗС в части поверхностного стока (ПДС), предложенные для включения в нормативные документы по проектированию и эксплуатации АЗС.
Разработаны практические предложения и рекомендации но учету проблемы загрязнения вод поверхностного стока при проектировании, строительстве, эксплуатации и выводе АЗС, в частности при принятии решений по локальной очистке сточных вод. нормировании техногенного воздействия, по использованию методов инженерной защиты геологической среды и подземных вод в районе АЗС. включая геоэкологический мониторинг с применением санации почвогрунтов и грунтовых вод.
Внедрение Результаты исследования внедрены при выполнении работ по подготовке исходно-
разрепштелыюй документации (ИРД) на строительство и вывод ряда АЗС в г. Москве в составе объектов инфраструктуры 3-го Транспортного кольца, при разработке ИРД на площадки досмотра въезжающего в Москву автотранспорта, в практику ведомственного (производственного) экологического контроля, осуществляемого на 13 МАЗК «ВР» «Институтом геобиосферных исследований» РАЕН (ИГБИ РАЕН) в 2000-2003 гг.
Результаты диссертации опубликованы в 3-х печатных работах, апробированы при разработке раздела «Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) размещения МАЗК ВР на 64 км Дмитровского шоссе у поворота на спортивный парк «Волен» ИГБИ РАЕН, 2003 г.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертационной работы,
постановке целей и задач исследования. Показана научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.
Глава I. Анализ техногенного воздействия АЗС на окружающую среду, источников и факторов его формирования, роль загрязнения поверхностного стока в загрязнении геологической среды
В главе дастся обоснование актуальности темы, целей и задач исследования выбора предмета и рабочей гипотезы. После анализа литературы, практики проектирования, строительства и эксплуатации АЗС для изучения выбраны проблемы техногенного воздействия, связанные с их текущей эксплуатацией, т.е за исключением последствий аварий при разливах топлива и разгерметизации резервуаров.
Из анализа размещения АЗС, выполненного автором с помощью современной карты Москвы, следует, что в настоящее время автозаправочные станции и комплексы размещаются не только в периферийной, но и срединной, а также плотнозастроенной центральной части города, где их насчитывается 67. Автозаправочные станции и комплексы располагаются не только в производственнокоммунальных зонах, но и на селитебных территориях, вблизи территорий
Природного комплекса г. Москвы (ПК) и водоохранных, зон. По ориентировочным расчетам, под АЗС в Москве занято около 150 га городских земель.
Процессы развития сети АЗС, аналогичные московским, происходят и в других регионах России. По действующим градостроительным нормам (СНиП 2.07.01-89), на каждые 1200 автомобилей общего парка к городах необходима 1 топливнораздаточная колонка (ТРК). Согласно нормативным требованиям к обустройству дорог (СНиП 2.05.02-85), за переделами городов расстояния между АЗС в зависимости от их мощности и производительности не должны превышать 20-60 км, причем на практике они зачастую меньше. На примере Московской агломерации, можно наблюдать, что в 30-километровой зоне от МКАД расстояния между АЗС
составляют 500 - 1000 м в одном направлении движения.
***
Выполненный в главе анализ действующих нормативно-методических документов по размещению, строительству и эксплуатации АЗС показал, что они не содержат какой-либо оценки техногенного воздействия на окружающую среду, анализа приоритетности экологических проблем, а лишь общие требования и рекомендации практическогохарактерас неяснойстепеньюнаучнойобоснованности.
Показано, что определенная теоретическая база, имеющаяся за рубежом, привязана к конкретным актуальным направлениям снижения техногенного воздействия АЗС на окружающую среду, например, к обоснованию мероприятий по снижению выбросов в атмосферу, к проблеме повышения герметичности оборудования АЗС и предотвращения утечек топлива, к вопросу моделирования миграции нефтепродуктов в почвогрунтах при крупных авариях из-за разгерметизации резервуаров.
С целью комплексной оценки техногенного воздействия АЗС на окружающую среду: видов, факторов, масштабов и характера, приоритетных источников загрязнения и мероприятий, используемых на практике для защиты от него, в диссертации были использованы литературные данные, а также материалы Института геобиосферных исследований РАЕН на протяжении ряда лет, начиная с 1996 года занимавшегося экологическими проблемами размещения, строительства и эксплуатации АЗС в Москве и Московской области. Ряд экспериментальных работ этого института, в частности по ведомственному экологическому контролю на многофункциональных автозаправочных комплексах «ВР» в разное время, проводились при личном участии автора диссертации.
При анализе техногенного воздействия АЗС на геологическую среду показана роль поверхностного стока. Анализ базировался на результатах собственных натурновизуальных обследований современных АЗС, принадлежащих различным эксплуатирующим организациям «ВР», «ТНК», «МТК», «Славнефть», «ЛукОйл»,
«Кедр» и расположенных в различных градостроительных условиях в Москве и в Московской области.
Автором предложена аналитическая модель в виде блок-схемы (рис. 1) для изучения комплексного техногенного воздействия современных АЗС по видам и факторам воздействия, источникам загрязнения, а так же по применяемым в настоящеевремясредозащитныммероприятиям.
В состав модели входит уровень, характеризующий мероприятия, применяемые в настоящее время для защиты окружающей среды.
Рис. 1
Аналитическая блок-схема.
Техногенное воздействие современных АЗС на окружающую среду.
Техногенное воздействие современных АЗС на окружающую среду
Анализ технологического оборудования применяемого на современных АЗС говорит о том, что за счет использования двухслойных конструкций резервуаров и трубопроводов из высокогерметичных материалов с контролируемым пространством между слоями и специальной запорной арматуры (фитингов) практически исключаются эксплуатационные утечки топлива в почвогрунты. Поэтому, если рассматривать проблему систематического техногенного воздействия АЗС на геологическую среду в процессе эксплуатации, включать утечки топливного оборудования как фактор этого воздействия представляется нецелесообразным.
Результатами исследований первой главы установлено, что при современном топливном оборудовании в частности при наличии обратных клапанов и специальных резервуаров для аварийных проливов, современной запорной аппаратуры возможность крупных аварийных проливов на современных АЗС также сводится к минимуму. Однако, как показали многочисленные натурные обследования при текущей эксплуатации даже современных АЗС, до сегодняшнего дня проблемой остается систематическое стекание топлива со шлангов заправочных пистолетов на ТРК и сливных шлангов бензовозов.
Из анализа опыта проектирования и строительства современных АЗС установлено, что перекрытие зоны ТРК навесом, применение высокопрочных конструкций дорожных одежд в зоне ТРК с обязательным перекрытием этой зоны сплошными железобетонными плитами, а также специальная уборка территории с засыпкой проливов песком, исключают прямое попадание (просачивание) нефтепродуктов от проливов в почвогрунты.
В результате натурных обследований АЗС установлено, что загрязненный поверхностный сток в свою очередь может быть источником загрязнения геологической среды.
Загрязнение грунтов и подземных вод в районе размещения автозаправочных станций и комплексов возможно за счет инфильтрации загрязненного поверхностного стока от источников двух видов: через незамощенные поверхности (газоны), небольшие трещины в асфальтовых покрытиях проездов и автостоянок в границах АЗС (поверхностные источники), а также через системы отведения поверхностного стока — дождеприемные колодцы, внутриплощадочная водосточная сеть, колодцы очистных сооружений (подземные источники).
Герметичность водонесущих систем на АЗС но требованиям к их проектированию и строительству действительно многократно ниже герметичности топливных систем, они выполняются из менее прочных и устойчивых к внешним воздействиям материалов, имеют менее совершенные конструкции стыков и соединений.
10