Совершенствование метода оценки и повышение экологической безопасности очистных сооружений поверхностных стоков (на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Совершенствование метода оценки и повышение экологической безопасности очистных сооружений поверхностных стоков (на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство)

Специальность: 25.00.36 - Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)

кандидата технических наук

Тарасова Елена Владимировна

Москва - 2011

Диссертация выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет «МАМИ».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Графкина Марина Владимировна

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Чернышев Сергей Николаевич

кандидат географических наук Савин Дмитрий Сергеевич

Ведущее предприятие:

Испытательная лаборатория Общество с ограниченной ответственностью «ЭКОТЕХ-МОСКВА»

Защита диссертации состоится 27 октября 2011 года в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 202.138.07 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, в зале заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГОБУ ВПО «МГСУ».

Автореферат разослан _________________ 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Потапов А.Д.

экологический безопасность очистной строительство

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. На протяжении всей истории человечества поселения людей и размещение промышленных объектов происходило в непосредственной близости от пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей, что приводило и приводит к образованию значительного количества загрязненных сточных вод. В настоящее время в России ежегодно в поверхностные водные объекты сбрасывается более 51,5 млрд. м³ сточных вод, содержащих около 40 тыс. тонн химических загрязняющих веществ, в том числе 4,6 тыс. тонн нефтепродуктов. Значительная часть загрязнений попадает в водные объекты с поверхностными сточными водами, что особенно характерно для мегаполисов.

Основным нормативным документом, регламентирующим очистку поверхностного стока на территории г. Москвы, является постановление Правительства Москвы от 17 апреля 2001 г. № 355-ПП «О Генеральной схеме отвода и очистки поверхностного стока с территории г. Москвы на период до 2010 г.». Этим документом предусматривается поэтапное достижение нормативных показателей качества очистки сточных вод:

- к концу 2010 года планировалось обеспечение 86% охвата застроенной части территории города системами сбора, отвода и очистки городского стока дождевой канализации;

- к 2020 году очистка поверхностного стока должна происходить в соответствии с нормами сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.

Однако анализ материалов проектной документации на строительство более 40 очистных сооружений поверхностного стока (ОСПС) показал, что постановление практически не выполняется, основной причиной этого является недостаточный уровень экологической безопасности ОСПС, что приводит к неоднократному возвращению документов на доработку, и, следовательно, значительно затягивает сроки реализации проектных решений.

Выявление и обобщение экологических требований к проектной документации на строительство ОСПС, совершенствование природоохранных актов, метода оценки проектной документации, основанного на обобщенных требованиях к различным разделам проектной документации; выявление и оценивание всех возможных проявлений негативного воздействия от реализации проектных решений; определение наиболее значимых экологических аспектов и разработка мероприятий по совершенствованию проектных технологических решений позволят повысить уровень экологической безопасности ОСПС.

Анализ данных отечественной и зарубежной литературы показал, что в настоящее время эта проблема проработана недостаточно основательно.

Актуальность данной диссертации определяется необходимостью совершенствования методов анализа и оценки экологических последствий реализации проектных решений, выявления их недостатков и разработки научно-практических рекомендаций по повышению экологической безопасности ОСПС на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство, что имеет существенное хозяйственное значение, так как позволит снизить негативное воздействие на поверхностные водные объекты и сохранить жизнеобеспечивающие ресурсы геосферы.

Степень разработанности проблемы. Следует отметить значительные научные разработки ряда авторов в области экологической безопасности в строительстве: реализация системного экологического анализа и управления экологической безопасностью в строительстве (В.И. Теличенко, М.Ю. Слесарев и др.), теория и методы оценки экологической безопасности создаваемых конструкций и сооружений (В.А. Грачев, В.В. Гутенев, А.П. Камышев, А.Л. Ревзон, А.Д. Потапов, П.В. Коваль, М.В. Графкина и др.), совершенствование проектирования очистных сооружений сточных вод (С.В. Яковлев, Л.Л.Никифоров, Ю.А. Ермолин и др.). Установлено, что возможно управление экологической безопасностью в строительстве, в том числе на предпроектных и проектных этапах, существует теория и методология оценки экологической безопасности создаваемых систем.

Однако в зависимости от функционального назначения объекта требуются дополнительные исследования по выявлению и оценке последствий реализации проектных решений на компоненты окружающей среды (ОС).

Цель диссертационной работы: совершенствование метода оценки экологической безопасности ОСПС на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство на основании выявления и анализа экологических последствий реализации проектных решений и разработка научно-практических рекомендаций по повышению экологической безопасности.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.

1. Анализ проблемы оценки и повышения экологической безопасности очистных сооружений на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство ОСПС.

2. Теоретическое обоснование и разработка метода оценки и форм оценки экологической безопасности ОСПС на этапе согласования проектной документации.

3. Совершенствование методики расчета исходных концентраций загрязняющих веществ, содержащихся в поверхностных сточных водах, позволяющей повысить экологическую безопасность технологических проектных решений.

4. Анализ и систематизация методов очистки поверхностных сточных вод от тяжелых металлов и рекомендации по использованию их в технологических процессах ОСПС.

5. Апробация предложений для повышения экологической безопасности ОСПС на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство ОСПС.

Область и объект исследования. Область исследования - методы оценки экологической безопасности создаваемых сооружений. Объект исследования - проектная документация на строительство ОСПС и последствия воздействия реализации проектных решений на компоненты окружающей среды.

Теоретической и методологической базой диссертационной работы являются: теория и методология системного анализа, теория и методы оценки экологической безопасности создаваемых технологий и сооружений, теория и методы проектирования, научно-методологические основы экологического менеджмента, теория и методы очистки сточных вод и др.

Нормативно-информационную базу исследования составили законодательные природоохранные нормативные акты г. Москвы, предпроектная, градостроительная и проектная документация на строительство ОСПС, интернет-ресурсы, периодические издания, книги, статьи отечественных и зарубежных авторов, диссертации, материалы научных конференций и др.

Наиболее существенные результаты диссертационной работы, имеющие признаки научной новизны:

1. Установлены взаимосвязи проектных решений на строительство ОСПС (в т.ч. проектных технологических решений) с негативным воздействием на окружающую среду. На основании анализа физических и математических моделей выявлены: функциональное ограничение ?щ_j< щ _уj., основные критерии оценки экологической безопасности проектных технологических решений по очистке сточных вод (>min;,> min; S_ОСПС. > min, > max , N_ОП > min) и основные направления совершенствования метода оценки и повышения экологической безопасности ОСПС на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство ОСПС.

2. На основании анализа и обобщения экологических требований и состава проектной документации на строительство разработана модель оценки экологической безопасности ОСПС на этапе согласования. В соответствии с моделью разработан метод оценки и формы оценки пяти блоков проектной документации, которые включают в себя: документы, являющиеся основанием для проектирования; планировочные и архитектурные решения; инженерно-технические и технологические решения; «Проект организации строительства»; «Перечень мероприятий по охране окружающей среды». Отличительной особенностью метода является оценка проектных технологических решений с выявлением показателей, определяющих уровень экологической безопасности ОСПС и качество очистки поверхностных стоков.

3. Предложена усовершенствованная методика расчета исходных концентраций загрязняющих веществ при отведении поверхностного стока на очистку. Методика учитывает следующие особенности формирования стока: годовой поверхностный сток формируется из дождевого, талого, поливомоечного стоков; объемы этих стоков зависят от слоя осадков, образующихся в теплый и холодный период года соответственно, и от коэффициентов стока, которые различны для различных поверхностей, входящих в общую площадь водосбора. Данная методика позволяет повысить экологическую безопасность проектных технологических решений по очистке поверхностных стоков.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Разработаны предложения по актуализации Отраслевой схемы отвода, сбора и очистки поверхностного стока с территории г. Москвы.

2. Метод оценки и формы оценки экологической безопасности ОСПС применены в Департаменте природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы на этапе согласования проектной документации строительства ОСПС, что подтверждается соответствующим актом (Акт внедрения Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы).

3. Систематизированы и выявлены методы очистки поверхностных сточных вод до показателей, предъявляемых к сбросу сточных вод в водоемы рыбохозяйственного назначения, и предложена дополнительная ступень очистки для включения в технологические процессы ОСПС (Акт внедрения ГУП «Мосводосток», ООО «НПО ГеоМостПроект»).

4. Проведена апробация разработанных предложений для совершенствования проектной документации и повышения экологической безопасности ОСПС (на примере застройки кв. 95 района Можайский и застройки мкр. 18Б Богородское) (Акт внедрения ГУП «Мосводосток»).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на Международном научно-практическом семинаре «Инновационные технологии» (Тула, 2009 г.), научно-практической конференции МГСУ (Москва, 2010 г.), Международной научно-технической конференции конференция МГТУ «МАМИ» (Москва, 2010).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах из них: 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 157 страниц машинописного текста состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 136 наименований, и 2 приложений общим объемом 16 страниц. В ней содержится 6 рисунков и 26 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность научной работы, дана общая характеристика исследуемой проблемы.

В первой главе «Анализ проблемы оценки, повышения экологической безопасности создаваемых очистных сооружений и задачи исследования» проведен анализ экологических требований к ОСПС, который показал, что экологические требования к проектным решениям строительства ОСПС содержатся в различных нормативных документах (требования к охране и качеству сточных вод, требования к содержанию проектной документации и др.), поэтому требуется их обобщение и дополнительные исследования, направленные на совершенствование нормативных актов и методических рекомендаций: Отраслевой схемы отвода и очистки поверхностного стока с территории г. Москвы; Рекомендаций по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий в части методики расчета исходных концентраций загрязняющих веществ.

Проведен анализ проблемы оценки экологической безопасности на этапе согласования проектной документации на строительство, выявлено, что существующие метод оценки и формы оценки для подготовки итогового заключения о соответствии документации экологическим требованиям не позволяют провести комплексную оценку экологической безопасности ОСПС, т.к. нацелены, в основном, на дендрологическую часть проекта. ОСПС в силу своего функционального назначения оказывают воздействие, прежде всего, на поверхностные водные объекты и природоохранные территории, поэтому необходимо провести дополнительные исследования, направленные на совершенствование метода и форм оценки экологических показателей ОСПС.

Проанализированы работы по оценке и повышению экологической безопасности на этапе предпроектных и проектных исследований по строительству очистных сооружений. Выявлено, что эффективно оценивать и управлять экологической безопасностью объектов именно на этих стадиях жизненного цикла (проведение инженерно-экологических изысканий и проектирование), т.е. до реализации принятых проектных решений, что позволяет снизить или предотвратить негативные техногенные последствия. Однако в зависимости от функционального назначения объекта капитального строительства требуются дополнительные исследования, направленные на выявление экологических аспектов создаваемых объектов и разработку научно-практических рекомендаций по повышению их экологической безопасности.

В завершении главы сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе «Метод оценки экологической безопасности ОСПС на этапе разработки и согласования проектной документации» показано, что повышение экологической безопасности ОСПС на проектной стадии исследования зависит от качества классификаций, разработанных на основе экоцентризма и логически установленных взаимоотношений между создаваемым объектом и ОС. Анализ и оценка логически установленных взаимосвязей на основе физических и математических моделей позволяют выявить решения по повышению экологической безопасности ОСПС.

На рис. 1 представлена модель оценки экологической безопасности. Анализ модели показывает, что повышение экологической безопасности ОСПС возможно путем:

- анализа и выявления всех возможных проявлений негативных воздействий, связанных с реализацией проектных решений;

- совершенствования метода оценки проектных решений на соответствие природоохранным требованиям;

- повышения качества проектных решений относительно экологической безопасности объекта, прежде всего, с учетом наиболее значимых экологических аспектов;

- совершенствования природоохранных нормативов.

Для математического моделирования и описания концепции поведения ОСПС используется известный теоретико-множественный подход (множество элементов А и множество их проявлений Щ относительно выбранной цели исследования - повышения экологической безопасности ОСПС).



Рис. 1. Модель оценки экологической безопасности ОСПС на этапе разработки и согласования проектных решений на строительство

Тогда в формализованном виде взаимодействие создаваемых ОСПС с ОС может быть представлено следующим образом:

, (1)

где N_n ={1,2…,n} и N_m={1,2,…,m} - множество значений целых положительных чисел от 1 до значения этого индекса;

a_i, A_i - планировочные, инженерно-технические, технологические площадные и другие характеристики ОСПС и множество их проявлений;

щ_j, Щ_j - показатели экологической безопасности или уровни негативного воздействия на ОС (изъятие, использование природных ресурсов, ингредиентные и энергетические воздействия и др.) и множество их проявлений.

При анализе и оценке проектных решений на строительство ОСПС считаем, что на каждом этапе разработки проекта закладывается определенный локально выраженный техногенный эффект щ_j, величина которого зависит от планировочных, инженерно-технических и технологических решений, организации строительства и мероприятий по охране ОС. Задача нахождения показателей воздействия на ОС при изменении входных потоков и параметров ОСПС сводится к анализу физических моделей и математическому моделированию соответствующих выходных потоков исследуемой системы.

Модель входных и выходных потоков, а также площадные показатели ОСПС представлены на рис. 2.

Тогда математические модели, описывающие связь показателей экологической безопасности технологических решений ОСПС с входными и выходными материальными и энергетическими потоками, следующие:

(2)

(3)

где - экологические показатели, связанные с i-ым аппаратом (методом) очистки сточных вод от j-го вещества соответственно на входе и выходе из системы;

a_ij - технологические показатели ОСПС, связанные с i-ым аппаратом (методом) очистки сточных вод от j-го вещества;

- масса реагентов, необходимая для очистки от j-го вещества, кг;

n - число применяемых реагентов;

- масса шламов, образующаяся после очистки j-го вещества, кг;

- расход энергии на очистку загрязняющих веществ на i-ом методе (аппарате) очистки, МДж;

m - число применяемых методов (аппаратов) очистки;

- энергетическое негативное воздействие от работы i-го аппарата очистки, МДж.

Рис 2. Модель входных и выходных потоков ОСПС, где:

- масса реагентов, необходимая для очистки от j-го вещества;

- масса шламов, образующаяся после очистки j-го вещества;

- расход энергии на очистку загрязняющих веществ, на i-ом методе (аппарате) очистки ;

- энергетическое негативное воздействие от работы i-го аппарата очистки;

W^вх(), W^вых() - годовой объем сточных вод (концентрация j-ого загрязняющего вещества в поверхностных сточных водах) на входе и выходе соответственно;

S_ОСПС, S_ПК - площадные показатели ОСПС и природного комплекса соответственно.

Анализ физической и математических моделей позволяет выделить основные критерии оценки экологической безопасности методов очистки, включаемых в технологические схемы при разработке проектных решений:

>min (4)

,> min (5)

S_ОСПС > min (6)

> max (7)

N_ОП > min (8)

где - уровень автоматизации работы технологической линии очистки сточных вод ОСПС;

N_ОП - численность обслуживающего персонала ОСПС, чел.

Основное функциональное ограничение для технологической линии очистки сточных вод ОСПС - уровень очистки по j-му загрязняющему веществу:

?щ_j< щ _уj, (9)

где - установленные для ОСПС предельно допустимые нормативы качества сточных вод (по j-му загрязняющему веществу).

Уровень очистки на ОСПС определяется как:

, (10)

где - уровень загрязнения поверхностных сточных вод, поступающих на очистные сооружения (по j-му загрязняющему веществу);

- уровень инженерной защиты, применяемый на ОСПС для очистки по j-му загрязняющему веществу:

, (11)

где - вклад в снижение негативного воздействия от применения методов, средств и аппаратов очистки сточных вод (i-ых элементов защиты) по j-му загрязняющему веществу.

Тогда повышение экологической безопасности ОСПС (улучшение экологических показателей) при разработке, принятии и оценке проектных технологических решений возможно за счет:

- уточнения уровня загрязнения поверхностных сточных вод, поступающих на очистку;

- перебора параметров a_i и выбора современных методов и средств защиты, обеспечивающих необходимый уровень очистки сточных вод;

- оптимизации показателей ОСПС, характеризующих состояние входных и выходных материальных и энергетических потоков, с целью их минимизации.

В соответствии с моделью оценки экологической безопасности ОСПС разработан метод и формы оценки пяти блоков проектной документации (документы, являющиеся основанием для проектирования; планировочные и архитектурные решения; инженерно-технические и технологические решения; «Проект организации строительства»; «Перечень мероприятий по охране окружающей среды») на этапе согласования проектной документации. В качестве иллюстрации приведены метод и формы оценки инженерно-технических и технологических решений и «Проекта организации строительства».

Пример 1. Оценка проектных технологических решений по ОСПС:

1.1. Форма оценки основных характеристик:

Характеристика ОСПС	Проектные решения	Требования нормативных актов	Оценка на соответствие
Общая водосборная площадь бассейна ОСПС		Постановление Правительства Москвы от 19.05.2009 № 462-ПП
Усредненный коэффициент стока		Рекомендации ГНЦРФ ОАО "НИИ ВОДГЕО"
Производительность ОСПС
Объем аккумулирующей емкости
Время сработки аккумулирования стока
Объемы стоков, образующиеся на водосборной территории, в т.ч.: - дождевой - талый - поливомоечный
Относительный объем стока, поступающий на ОСПС, в т.ч.: - дождевой - талый - поливомоечный		Рекомендации ГНЦРФ ОАО "НИИ ВОДГЕО" или СН 496-77
Режим работы очистного сооружения
Штатная численность работающих, количество смен

1.2. Оценка состава очистных сооружений поверхностного стока и оценка технологической схемы очистки сточных вод на соответствии заявленных проектных решений возможности очистки сточных вод до нормативных значений по 14 нормируемым показателям.

1.3. Оценка корректности расчета исходной концентрации загрязняющих веществ.

1.4. Оценка эффективности снижения концентраций загрязняющих веществ по 14 нормируемых показателей и по ступеням очистки на проектируемых очистных сооружениях.

1.5. Оценка технологического регламента очистных сооружений на соответствие природоохранному законодательству.

Пример 2. Оценка «Проекта организации строительства».

2.1. Форма оценки основных характеристик:

Характеристика	Проектные решения	Требования нормативных актов	Оценка на соответствие
Площадь производства работ		Постановление Правительства Москвы от 07.12.2004 № 857-ПП
Продолжительность строительства очистных сооружений		СНиП 1.04.03-85
Количество строительных механизмов и машин		Постановление Правительства Москвы от 07.12.2004 № 857-ПП и СНиП 12-01-2004
Место размещение строительного городка
Размещение мойки колес (количество)
Численность работающих: рабочие, ИТР

2.2. Оценка методов, способов производства работ по строительству наземной и подземной части ОСПС на соответствие как строительным нормам, так и природоохранному законодательству.

2.3. Оценка методов, способов производства работ по прокладке/перекладке инженерных коммуникаций и др. на соответствие природоохранному законодательству.

2.4. Форма оценки инженерного обеспечения на период строительства:

Вид инженерного обеспечения	Проектные решения	Количество потребляемых ресурсов	Технические условия (ТУ) на подключение к городским сетям/ альтернативные варианты	Оценка на соответствие проектных решений ТУ
Водоснабжение
Канализование
Отвод поверхностного стока
Теплоснабжение
Электроснабжение

По этому методу была проведена оценка более 40 материалов проектной документации строительства ОСПС на этапе согласования этих документов и подготовки итогового заключения на соответствие экологическим требованиям.

Выявлены недостатки проектной документации, влияющие на экологическую безопасность ОСПС:

- некорректный расчет определения средневзвешенной концентрации загрязняющих веществ, что влечет за собой ошибочную оценку эффективности работы проектируемых очистных сооружений и необходимость установки дополнительных ступеней очистки;

- проектирование технологических линий очистки ОСПС, не обеспечивающих очистку поверхностного стока от ионов тяжелых металлов, хлоридов;

- в проектных материалах не предусматриваются природоохранные мероприятия по отводу и очистке поверхностных сточных вод с территории стройплощадки, а также сточных вод от строительного водопонижения и водоотведения, что впоследствии влечет за собой загрязнение водного объекта;

- в разделе проекта «Перечень мероприятий по охране окружающей среды» не выполняется оценка влияния проектируемого строительства на гидрологический режим водного объекта, гидрогеологический режим водного объекта, участка проектирования и прилегающей территории;

- проектирование ОСПС осуществляется на природных озелененных территориях, поэтому разрабатываемый грунт относится чаще всего к «допустимой» и «чистой» категории загрязнения и может быть использован на участке строительства, в то время как проектными решениями предусматривается использовать грунт на других стройплощадках города, что влечет за собой дополнительную антропогенную нагрузку на территорию г. Москвы.

Если три последних недостатка устраняются обычно после замечаний Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, то для устранения двух первых недостатков требуются дополнительные исследования.

Сформулированы предложения по актуализации Отраслевой схемы отвода, сбора и очистки поверхностного стока с территории г. Москвы, исходя из основной проблемы строительства ОСПС - в настоящее время в г. Москве существует недостаток свободных территорий, статус которых позволяет размещать на данных территориях объекты капитального строительства коммунального назначения. А именно, на стадии разработки обосновывающих материалов Отраслевой схемы отвода, сбора и очистки поверхностного стока с территории г. Москвы необходимо планировать схемы отвода поверхностного стока с водосборных площадей г. Москвы размером не менее 400 га с учетом:

- выбора участков под размещение ОСПС на территориях, в границах которых возможно проектирование ОСПС в соответствии нормативными требованиями градостроительного и природоохранного законодательства;

- оформления резервирования участков под планируемое размещение ОСПС. Поскольку реализация программы по очистке поверхностных стоков планируется поэтапно, на этих участках будет возможна реализация других проектных решений (строительство объектов капитального строительства, благоустройство территории в рамках проекта компенсационного озеленения и др.);

- соответствия функционального назначения объекта типам и видам функционального, строительного и ландшафтного использования и назначения территории;

- более четкого определения площади водосборного бассейна и, как следствие, габаритов аккумулирующей емкости, что приведет к оптимальному определению необходимой площади участка под строительство ОСПС и др.

Для повышения качества проектных решений относительно экологической безопасности ОСПС следует также учитывать следующее:

- нецелесообразно определять систему отвода поверхностных стоков в градостроительной документации по отводу и очистке сточных вод с водосборных бассейнов рек, расположенных на территории города Москвы, поскольку водосборная площадь рек и границы разработки схем могут не совпадать с возможной рациональной водосборной площадью проектируемых ОСПС;

- водосборный бассейн определяется, прежде всего, из ландшафта местности, а использование только самотечной системы приводит к проектированию большого числа ОСПС с водосборной площадью около 20-100 га. Проектирование системы отвода поверхностного стока на ОСПС не только за счет самотечной, но и напорной системы водоотведения с использованием насосных станций позволит сократить количество водовыпусков в водные объекты и затраты на строительство гидротехнических сооружений.

В третьей главе «Разработка научно-практических рекомендаций по повышению экологической безопасности технологических решений» предлагается методика расчета исходных концентраций загрязняющих веществ при отведении поверхностного стока на очистку, позволяющая повысить экологическую безопасность проектных технологических решений.

Концентрации загрязняющих веществ на входе следует рассчитывать наиболее точно, так как они, в свою очередь, определят требования к элементам технологической схемы очистки (механическая очистка от мусора и песка в песколовках; отстаивание в аккумулирующем резервуаре; двухступенчатое фильтрование на комбинированных фильтрах 1, 2 ступенях; двухступенчатая сорбция на сорбционных фильтрах 3, 4 ступенях).

В существующих рекомендациях ГНЦ РФ ОАО "НИИ ВОДГЕО" концентрации загрязняющих веществ в поверхностном стоке определяют расчетом как средневзвешенную величину по формуле:

(12)

где C_i - концентрация загрязняющих веществ (или показателей качества) в поверхностных сточных водах, отводимых с различных площадей стока, мг/дм³;

- общая площадь стока (водосбора), га;

В этом случае в расчет закладывается площадь стока, не учитывающая объемы дождевого, талого и поливомоечного стоков, и массы образования загрязняющих веществ на каждом виде поверхности каждого вида стоков.

Водосбор очистных сооружений представляет собой территории, состоящие из различных участков, в том числе запечатанных территорий (дороги, магистрали), озелененных территорий (газонов), селитебных территорий и т. д., для которых установлены различные коэффициенты стока.

Поэтому разработана методика расчета исходных концентраций загрязняющих веществ при отведении поверхностного стока на очистку, где в расчете средневзвешенной концентрации учитывается годовой объем стока, который складывается из дождевого, талого, поливомоечного стоков и зависит от характеристик различных территорий водосбора. При этом отдельно рассчитываются дождевой , талый и поливомоечный стоки:

(13)

(14)

(15)

(16)

где W_Гi - годовой объем сточных вод частного водосбора, м³/год;

W_Дi, W_Тi, W_Мi - годовой объем сточных вод i-ого частного водосбора в дождевом, талом и поливомоечном стоках соответственно, м³/год;

, - слой осадков, мм, соответственно за теплый и холодный периоды года (определяются по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», либо по данным многолетних наблюдений, проводимых МосЦГМС-Р).

, - коэффициенты стока дождевых и талых вод соответственно для i-х частных водосборов;

- площадь стока, га, i-го частного водосбора;

- коэффициент уборки снега;

- удельный расход воды, л/м², на мойку дорожных покрытий;

- площадь твердых покрытий, подвергающихся мойке, га;

- среднее количество моек в году.

Определяется масса по каждому загрязняющему веществу, содержащемуся в каждом виде стока (дождевом, талом, поливомоечном), для каждого типа территории.

Далее определяется годовое содержание каждого загрязняющего вещества каждого вида стока.

Затем определяется годовая средневзвешенная концентрация загрязняющих веществ для дождевого, талого и поливомоечных стоков.

(17)

где C_j - итоговая исходная концентрация j-ого загрязняющего вещества в поверхностном стоке, мг/л;

C_jД, C_jТ, C_jМ - концентрация j-ого загрязняющего вещества в дождевом, талом и поливомоечном стоках соответственно, мг/л;

W_Д, W_Т, W_М - годовой объем сточных вод в дождевом, талом и поливомоечном стоках соответственно, м³/год;

W_Г - годовой объем сточных вод, формируемый на территории водосбора очистного сооружения, м³/год.

Проведен эксперимент по сопоставимости полученных результатов расчета исходной концентрации по различным методикам с натурными обследованиями (рис. 3-4).

Рис. 3. Концентрация взвешенных веществ Рис.4. Концентрация нефтепродуктов

Проанализированы проектируемые очистные сооружения (ООО «Росэкострой», ГУП «Мосводосток», НПО «Эколандшафт», ООО «Компания «Родник» и др.) и выявлено, что в настоящее время наибольшее распространение получили очистные сооружения глубокой очистки накопительного закрытого типа и самотечного открытого типа. Эти сооружения проектируются для очистки сточных вод до показателей водоемов рыбохозяйственного назначения по двум основным загрязняющим веществам: взвешенные вещества и нефтепродукты. Существующие технологии очистки сточных вод не обеспечивают очистку до нормативных показателей по остальным нормируемым веществам, прежде всего, по тяжелым металлам и хлоридам. Поэтому систематизированы и выявлены методы очистки поверхностных сточных вод до показателей водоемов рыбохозяйственного назначения с учетом критериев (4)-(8) и функционального ограничения (9) и сформулированы рекомендации по применению наиболее перспективных методов очистки в технологических схемах ОСПС.

Характеристики, ограничивающие использование некоторых методов очистки в ОСПС, представлены в табл. 1.

Проведенный анализ показал, что на современном этапе наиболее перспективными методами очистки поверхностных сточных вод на ОСПС от тяжелых металлов являются сорбционные методы очистки (на основе материалов как искусственного, так и природного происхождения: активированные угли, торф, синтетические сорбенты, а также производственные отходы: зола, шлаки, опилки, кора, пенокерамика и др.).

Таблица 1. Характеристики методов очистки сточных вод от тяжелых металлов, ограничивающие их использование в ОСПС

Метод очистки	Характеристики
Реагентные методы: - химические реагенты	1. Использование химических реагентов неизбежно ведет к строительству отдельного здания. 2. Отведение значительных площадей под шламохранилища или сооружения, позволяющие использовать технологии по утилизации отходов.
Биохимические методы	1. В холодный период года использование данного метода без предварительной подготовки воды (подогрева) не рационально. 2. Сложен вопрос технического обслуживания очистных сооружений при использовании бактерий для аккумулирования металлов.
Электрохимические методы - электрокоагуляция - электрофлотация - гальванокоагуляция	1. Значительный расход электроэнергии 2.Отведение значительных площадей для шламохранилищ 3. Необходим персонал для обслуживания очистных сооружений высокой квалификации 4. Необходимы дополнительные мероприятия по разработке методов утилизации пены, осадков сточных вод
Сорбционные методы	1. Проблема подбора типа используемого сорбента. 2. Проблемы по рециклингу или утилизации выбранного сорбента.
Мембранные методы: - обратный осмос - ультрафильтрация - нанофильтрация	1. Непрерывность работы установки 2. Большой расход воды и объем сбросных вод; 3. Большие энергозатраты; 4. Большие капитальные затраты

В четвертой главе «Результаты апробации разработанных предложений» приведены результаты применения разработанных рекомендаций в Департаменте природопользования и охраны окружающей среды города Москвы для оценки экологической безопасности ОСПС при согласовании проектной документации на строительство и для совершенствования природоохранных нормативов.

Проведены расчеты исходных концентраций загрязняющих веществ по взвешенным веществам и нефтепродуктам при подготовке проектной документации на строительство очистных сооружений поверхностных сточных вод для застройки кв. 95 района Можайский (рис. 5) и застройки мкр.18Б Богородское (рис.6) по разным методикам и даны рекомендации по совершенствованию проектных технологических решений.

Рис. 5. Схема размещения ОСПС для застройки кв. 95 района Можайский

Таблица 2. Сравнительная характеристика расчета загрязняющих веществ для ОСПС застройки кв. 95 района Можайский

	Концентрация взвешенных веществ, мг/л	Концентрация нефтепродуктов, мг/л	Концентрация БПК, мг/л
Рассчитанные по разработанной методике	1062,1985	18,47	75,12
Рассчитанные по Рекомендациям ГНЦ РФ ОАО"НИИ ВОДГЕО"	996,29	17,17	62,84

С учетом полученных результатов по систематизации и анализу методов очистки внесены изменения в технологическую схему очистки сточных вод ОСПС с использованием 6 ступени очистки - сорбционного метода очистки, выбранного на основе экспертных оценок.

В качестве сорбентов рекомендуются следующие: WorkBeads, созданный на основе агарозы с использованием метода сшивки; АБЗ, изготавливаемый из бурых углей Тулунского месторождения Иркутской области; КФГМ-7 (керамический фильтрующий гранулированный материал), изготавливаемый из высококачественного каолина; брусит (используется измельченный брусит). Эти сорбенты позволяют обеспечить качество очищенной воды до ПДК_{рыб-хоз.}

Рис. 6. Технологическая схема очистки ОСПС для застройки кв. 95 района Можайский

Предложенные усовершенствованные технологии очистки поверхностных стоков позволяют обеспечить качество сбрасываемых очищенных сточных вод в водный объект до показателей ПДК_{рыб-хоз.} по всем загрязняющим веществам, кроме хлоридов.



Рис. 7. Схема размещения ОСПС для застройки мкр.18Б Богородское

Таблица 3. Сравнительная характеристика расчета загрязняющих веществ для ОСПС для застройки мкр. 18Б Богородское

	Концентрация взвешенных веществ, мг/л	Концентрация нефтепродуктов, мг/л	Концентрация БПК, мг/л
Рассчитанные по разработанной методике	1192,65	20,30	79,60
Рассчитанные по Рекомендациям ГНЦ РФ ОАО "НИИ ВОДГЕО"	1114,70	18,27	76,97

С учетом полученных результатов по систематизации и анализу методов очистки внесены изменения в технологическую схему очистки сточных вод с использованием 5 ступени очистки на основе предложенных сорбентов.

Рис. 8. Технологическая схема очистки ОСПС для застройки мкр. 18Б Богородское

Основные результаты и выводы

1. Проведен анализ экологических требований к ОСПС, выявлены проблемы оценки экологической безопасности на этапе согласования проектной документации и проблемы оценки и повышения экологической безопасности на этапе проектирования ОСПС.

2. Установлены взаимосвязи проектных решений на строительство ОСПС, прежде всего проектных технологических решений, с негативным воздействием ОСПС на окружающую среду, в том числе на природоохранные территории. На основе анализа физических и математических моделей выделены основные критерии оценки экологической безопасности проектных технологических решений по очистке сточных вод, а также выявлены основные направления совершенствования метода оценки и повышения экологической безопасности ОСПС на этапе разработки и согласования проектной документации на строительство.

3. На основании анализа и обобщения экологических требований и состава проектной документации строительства ОСПС разработаны модель, метод оценки и формы оценки экологической безопасности на этапе согласования проектной документации. Метод включает в себя несколько этапов оценки: оценка документов, являющихся основанием для проектирования; оценка планировочных и архитектурных решений; оценка инженерно-технических и технологических решений; оценка «Проекта организации строительства»; оценка раздела проектной документации «Перечень мероприятий по охране окружающей среды».

4. Предложена усовершенствованная методика расчета исходных концентраций загрязняющих веществ в поверхностном стоке с территории водосбора ОСПС. Проведен эксперимент по сопоставимости полученных результатов расчета исходной концентрации с натурными обследованиями, показывающий преимущество предложенной методики.

5. Систематизированы основные методы очистки поверхностных сточных вод от тяжелых металлов до показателей водоемов рыбохозяйственного назначения и выявлены ограничения по их применению в технологических процессах ОСПС. Проведенный анализ методов очистки на соответствие установленным критериям показал, что на современном этапе наиболее перспективными методами очистки поверхностных сточных вод на ОСПС от тяжелых металлов являются сорбционные методы очистки.

6. Проведены расчеты исходных концентраций по взвешенным веществам и нефтепродуктам при подготовке проектной документации очистных сооружений поверхностных сточных вод для застройки кв. 95 района Можайский и застройки мкр.18Б Богородское по разным методикам и даны рекомендации проектным организациям по совершенствованию проектных технологических решений ОСПС.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Тарасова Е.В., Графкина М.В. Оценка экологической безопасности очистных сооружений поверхностных сточных вод на этапе рассмотрения проектной документации //Вестник МГСУ, №1, 2010. - С. 262-266.

2. Тарасова Е.В., Графкина М.В. Методика расчета исходных концентраций загрязняющих веществ на этапе проектирования очистных сооружений //Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, №1, 2010. - С. 140-141.

3. Тарасова Е.В. Экологические требования к очистным сооружениям поверхностных сточных вод//Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, №1, 2010. - С. 146.

4. Тарасова Е.В. Очистка сточных вод машиностроительных предприятий //Известия МГТУ «МАМИ» № 1(9), 2010. - С. 170-174.

5. Тарасова Е.В., Графкина М.В. Оценка и повышение экологической безопасности очистных сооружений поверхностного стока на этапе разработки и согласования проектной документации//Вестник МГСУ, № 2, 2010. - С. 37-41.

Прочие:

1. Тарасова Е.В., Графкина М.В. Проблемы очистки поверхностного стока, формирующегося на территории города //Материалы межд. научно-практического семинара «Инновационные технологии». - Тула, 2009. - С. 308.

2. Тарасова Е.В. Моделирование формирования загрязнений поверхностных сточных вод, поступающих на очистные сооружения//Доклады 6-ой Всероссийской научно-технической конференции, Тула: изд-во «Инновационные технологии», 2010. - 26-28.

3. Тарасова Е.В., Графкина М.В. Повышение экологической безопасности очистных сооружений поверхностных сточных вод на этапе согласования проектной документации //Сборник материалов Межд. научно-технической конференции, книга 10. - Москва, МГТУ «МАМИ», 2010. - С.131-136.

Размещено на Allbest.ru

...