NORMALIZATION OF BIOGENIC SUBSTANCES DISCHARGE INTO SURFACE WATER BODIES

Full Text

На крупных водохранилищах Средней и Нижней Волги особую тревогу вызывает чрезмерный сброс биогенных веществ в составе сточных вод, что в условиях замедленного водного обмена вызывает массовое развитие водорослей и ухудшение качества воды. Одна из причин экологического неблагополучия водохранилищ - это несовершенство методики расчета нормативов допустимого сброса (ПДС) загрязняющих веществ в водные объекты [1]. В настоящее время в качестве критериев при нормировании сброса биогенных веществ в водные объекты используются предельно допустимые концентрации (ПДК) [2, 3], которые зависят только от вида водопользования и не учитывают природных особенностей водных объектов. Для решения данной проблемы авторы предлагают при нормировании сброса биогенных веществ вместо ПДК, установленных на основе лабораторных экспериментов, использовать бассейновые допустимые концентрации (БДК), полученные по данным мониторинга водных объектов и учитывающие природные особенности формирования качества вод на конкретной территории водосбора. Методологические подходы бассейнового нормирования основываются на следующих положениях [5]: 1. Антропогенное воздействие не должно приводить к нарушению экологического состояния водных объектов и ухудшению качества вод. 2. Концентрация биогенных веществ в водном объекте должна находиться на таком уровне, чтобы не допустить перехода водоема в эвтрофное состояние, т.е. обеспечить сохранение экологического равновесия водной системы в интервале допустимых колебаний в мезотрофном состоянии. Количественным критерием такого состояния является уровень развития фитопланктона как первичный отклик биологического компонента экосистемы на содержание в среде биогенных элементов. 3. В каждом отдельно взятом бассейне или его части (водохозяйственный участок) формируется особенный состав воды, свойственный данной водосборной территории и зависящий от природноклиматических условий. 4. Разработка и внедрение региональных допустимых концентраций направлено на сохранение и восстановление благоприятной среды обитания гидробионтов и нормальное функционирование экосистем. 5. Расчет региональных допустимых концентраций осуществляется на основе систематических данных наблюдений в различные экологические сезоны года. БДКij для конкретного i-го вещества в j-й экологический сезон предлагается рассчитывать для бассейна или водохозяйственного участка по формуле БДКij = (Сij + σij · tSt/n1/2) - Δсij, (1) где Сij - средняя концентрация i-го вещества в фоновом створе j-го экологического сезона; tSt - коэффициент Стьюдента; n - число данных; σi - среднеквадратичное отклонение; Δсij - антропогенная составляющая концентрации i-го вещества в j-й экологический сезон определяется по формуле Δсij = МСВij/Q ij, (2) где Мij - масса i-го вещества, поступающая в j-й экологический сезон в водохранилище в составе сточных вод; Qij - сезонный сток водохранилища. Для водных объектов с незначительной антропогенной нагрузкой Δсij приравнивается к нулю. Границы экологических сезонов зависят от природно-климатических условий водного объекта и не совпадают с календарными сезонами года. Мы предлагаем выделять экологические сезоны исходя из совместного анализа внутригодовых изменений расходов и температуры воды. В качестве объекта для разработки БДК выбрано Саратовское водохранилище. Наблюдения осуществляются ежемесячно по гидрологическим и гидрохимическим показателям в створе Жигулевской ГЭС на мобильном (рис. 1) и стационарном (рис. 2) пункте наблюдений. Исходными данными для определения границ экологических сезонов и для расчета БДК послужили данные наблюдений за 2006-2010 гг. На основе совместного анализа данных за расходами и температурой воды выделены экологические сезоны: зима (декабрь, январь, февраль и март); лето (июль и август); осень (сентябрь, октябрь и ноябрь) и весна (апрель, май, июнь). Расчет БДК выполнен на основе формул (1) и (2) по 4-м биогенным веществам. Результаты расчета БПК по гидроэкологическим сезонам приведены в табл. 1. Полученные БДК существенно отличаются от действующих ПДК. Из табл. 2 видно, что ПДК по нитратам, фосфатам и аммонию превышают БДК. Внедрение БДК позволит по-новому оценить экологическое состояние водных объектов и составить эффективную программу поэтапного снижения биогенной нагрузки на водохранилища. В настоящее время расчет норматива допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ в водные объекты [1] осуществляется по формуле НДСi = q · СДСi, (3) где q - расчетный расход сточных вод; СДСi - допустимая концентрация i-го вещества, которая может быть допущена в сточных водах. Величина СДСi определяется следующим образом: СДСi = N · (ПДКi - СФОНi) + СФОНi, (4) где N - кратность общего разбавления сточных вод в водном объекте; ПДКi - предельно допустимая концентрация i-го вещества; СФОНi - фоновая концентрация i-го вещества [4]. На наш взгляд, для улучшения экологического состояния водохранилищ и ограничения массового развития сине-зеленых водорослей целесообразно в формуле (4) заменить ПДКi на БДКi, а СФОНi на Сi. Целесообразность подобной замены обусловлена тем, что негативное влияние нитратов и фосфатов на экологическое состояние и качество вод начинает сказываться при более низких концентрациях, чем рыбохозяйственные ПДК. Данная замена (изменения в формуле (4) позволит при нормировании сброса биогенных веществ учесть региональные особенности формирования качества вод водохранилищ и ограничить сброс азотных и фосфорных веществ в водохранилища. В качестве примера, нами представлен сравнительный расчет СДСi с учетом ПДК (действующая методика) и с учетом БДК (скорректированная методика) применительно к выпуску №2 сточных вод г. Тольятти, поступающих в Саратовское водохранилище. Выпуск №2 - это объединенные сточные воды Комсомольского и Центрального районов г. Тольятти, включающие в себя: - хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды Комсомольского района после биологических очистных сооружений ОАО «Тольяттиазот»; - хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды Центрального района после биологических очистных сооружений ООО «Тольяттикаучук» (30 %); - неочищенные ливневые и промышленные сточные воды Центрального района. Сточные воды г. Тольятти наиболее сильно загрязнены фосфатами и нитратами в течение всего календарного года. В связи с тем, что по действующей методике рекомендуется не учитывать аддитивное действие веществ (за исключением вещества 1-го и 2-го классов опасности), расчеты по действующей методике выполнены по двум вариантам: с учетом (вариант 1) и без учета (вариант 2) аддитивного действия веществ. Отметим, что аддитивное действие веществ до сих пор не получило необходимого теоретического обоснования. В новой методике аддитивное действие не распространяется на вещества двойного генезиса, однако оговаривается, что не подлежат нормированию сточные воды, обладающие токсичностью, пока не будет проведена детальная идентификация качества сточных вод. Сравнительные результаты расчетов СДС с учетом ПДК и БДК приведены в табл. 3. Из таблицы видно, что «мягкое» нормирование фосфатов и нитратов по действующей методике без учета аддитивного действия веществ (вариант 2) вызывает обоснованную тревогу. Но даже с учетом аддитивного действия допустимая концентрация в сточных водах (СДС) получается слишком высокой (вариант 1). Поэтому совершенно недопустимо в рамках действующей методики отказываться от учета аддитивного действия веществ. Таким образом, при нормировании по действующей методике водопользователям разрешается практически неограниченно сбрасывать фосфаты и нитраты в водохранилища, что активизирует процессы антропогенного эвтрофирования и ухудшает качество воды. Несмотря на то, в ФЗ «Об охране окружающей среды» сформулировано основное условие разработ- ки нормативов качества - это проведение научных исследований, данное требование не выполняется. Практически не финансируются исследовательские работы, направленные на разработку нормативов качества водной среды, учитывающие природные особенности водных объектов. В результате мы имеем дело с нормативами, которые только в первом приближении можно назвать экологическими. По сути, существующая система нормирования лишь декларирует обеспечение устойчивого функционирования естественных или сложившихся экологических систем и сохранение биологического разнообразия и качества воды. Для реализации подобной декларации должны быть разработаны БДК. В отсутствие БДК используются ПДК, что практически не ограничивает поступление биогенных веществ в водные объекты. В сложившейся ситуации водопользователям нет необходимости разрабатывать природоохранные программы, направленные на снижение концентраций указанных веществ в сточной воде. С целью охраны водных объектов необходимо внести коррективы в действующую методику по разработке НДС касательно биогенных веществ, чтобы учитывать природные особенности водных объектов при нормировании сброса сточных вод.

About the authors

Vladimir Anatol'evich SELEZNEV

Togliatti State University

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Alexandra Vasil'evna SELEZNEVA

Institute of Volga Basin Ecology of the Russian Academy of Sciences

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Ksenia Vladimirovna BESPALOVA

Togliatti State University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files