Изучение качества воды поверхностных сточных вод крупного промышленного центра на примере г. Самары
- Авторы: Стрелков А.К.1, Шувалов М.В.1, Павлухин А.А.1, Теплых С.Ю.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Выпуск: Том 13, № 2 (2023)
- Страницы: 48-56
- Раздел: ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
- URL: https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/492238
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2023.02.07
- ID: 492238
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Одним из факторов загрязнения водоемов (в частности рек Волги и Самары) является неочищенная поверхностная сточная вода. В статье рассмотрены причины сложившейся негативной обстановки, установлены выпуски исторической части города, оказывающие тлетворное влияние на водный объект, часть из которых находится в зонах санитарной охраны водопроводных очистных сооружений. Представлена информация о предотвращении загрязнения рек, разработана классификация сточных вод по имеющимся многолетним периодам наблюдений.
Полный текст
Качество поверхностных сточных вод с территории города Самары не отвечает требованиям, предъявляемым при сбросе стоков в водоемы рыбохозяйственного назначения [1, 2]. Состав стоков определяется в основном шестью факторами, управление которыми позволяет минимизировать негативное воздействие сточных вод на окружающую среду [3].
Показатели БПКполн и взвешенные вещества изменяются случайным образом (55 и 48% соответственно), а изменения показателя нефтепродуктов – сезонное (70 %). Вклад тенденции для всех трех показателей невелик (11, 10 и 8 % соответственно) [3].
Согласно Постановлению Администрации городского округа Самара от 27 июля 2012 г. № 947, водные ресурсы Самарской области испытывают большую антропогенную нагрузку, это связано со сбросом неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод – хозяйственно-бытовых (ХБСВ), производственных (ПСВ) и поверхностных (ПоСВ).
В Саратовское водохранилище и реку Самару поступают неочищенные поверхностные сточные воды города Самары, что приводит к их загрязнению. Саратовское водохранилище является основным источником водоснабжения для города (Постановление Администрации городского округа Самара от 25 июля 2012 года № 903). В Постановлении № 947 указано, что выпуски «Ульяновский», «Некрасовский», «Вилоновский» находятся во 2-й и 3-й зонах санитарной охраны поверхностного водозабора городских водопроводных сооружений Самары. Подробное описание, почему выпуски ливневой канализации оказались в зоне санитарной охраны, дано в статье [4].
Как отмечалось в Постановлении № 903, качество воды Саратовского водохранилища в 2010 г. (в границах г. Самары) оценивалось как «очень загрязненная», а качество воды реки Самары — как «грязная» [5, 6]. Уже в 2021 г. качество воды реки Самары и Саратовского водохранилища значительно изменилось (табл. 1).
Таблица 1. Уровень загрязненности воды Саратовского водохранилища и р. Самары по классам качества за период с 2011 по 2021 гг. [6, 7]
Водные объекты | Период наблюдения, год | |||||||||
2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 | |
Саратовское вдхр. | ОЗ | З | З | ОЗ | ОЗ | З | Г | ОЗ | З | З |
Река Самара (в целом) | Г | Г | ОЗ | ОЗ | Г | Г | ОЗ | ОЗ | ОЗ | ОЗ |
Слабо загрязненная (СЗ), загрязненная (З), очень загрязненная (ОЗ), грязная (Г), очень грязная, экстремально грязная (ОГ, ЭГ) |
Если руководствоваться данными из Постановления № 903, то одним из факторов ухудшения качества воды в Саратовском водохранилище в границах города Самары, наряду с поступлением сверху по течению загрязненной по санитарно-химическим показателям воды (фенолами, железом, солями тяжелых металлов), является постоянный сброс ливневых вод через систему городской ливневой канализации в реки Волга и Самара с качеством стоков, не соответствующим санитарно-гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям.
В целом ситуация по Саратовскому водохранилищу в границах города Самары характеризуется:
- ухудшением качества воды;
- угнетением процесса самоочищения водохранилища, внешним проявлением которого является «цветение» воды;
- ростом заиления и загрязнения донных отложений;
- насыщением водной массы органическими веществами с приоритетом трудно окисляемых компонентов;
- присутствием практически во всех пробах воды триады азота: аммонийного, нитритного и нитратного как показателей фекального загрязнения.
Территория исторического поселения города Самары была определена в 2019 г. — она ограничена улицами Засекина, набережной реки Самары, Арцыбушевской, Льва Толстого, Буянова, Чкалова, Самарской и набережной Волги. Тогда же было сформировано проектное предложение по градостроительным регламентам для этой зоны [7, 8].
Статус исторического поселения необходим для охраны памятников архитектуры. Если новые регламенты все же будут приняты, то они повлекут за собой запрет на строительство высотных зданий в центре города [8].
Отвод поверхностного стока с селитебной зоны, промышленных предприятий и учреждений, а также неочищенных сточных вод промышленных предприятий, дренажных и поливомоечных вод в реки Волгу и Самару осуществляется с исторического поселения в городе Самаре через выпуски «Ульяновский», «Вилоновский», «Некрасовский», «Ленинградский», «Комсомольский», «Пионерский», «Горячий ключ», «Крупский», «Хлебная площадь».
Основным объектом наблюдения являлась поверхностная сточная вода, образующаяся на водосборном бассейне канализования с расчетной площадью 1358,35 га в границах исторического поселения (Постановление № 947).
Описание местоположения границ приводится в Постановлении Правительства Самарской области от 27 декабря 2019 года № 1019. «О внесении изменения в постановление Правительства Самарской области от 12.04.2018 № 189 «Об утверждении Перечня исторических поселений регионального значения, имеющих особое значение для истории и культуры Самарской области» и об утверждении предмета охраны исторического поселения регионального значения города Самары Самарской области и границ территории исторического поселения регионального значения города Самары Самарской области».
В табл. 2 приведены среднегодовые концентрации поверхностных сточных вод (ПоСВ) выпуска «Ульяновский» за 2019–2022 гг. по физико-химическим показателям, а также предельно допустимые концентрации для рек Волги и Самары. В таблицу не вошли сведения по тяжелым металлам, таким как хром общий, медь, кадмий, никель, цинк, ртуть, свинец, алюминий, фенолы летучие, поскольку результаты физико-химических анализов по этим ингредиентам равны, близки к нулю или ниже порога обнаружения лабораторным оборудованием.
Таблица 2. Результат химического анализа выпуска «Ульяновский»
Показатель | Среднегодовые концентрации, мг/дм3 | Сред. конц. | ПДК1 | ПДК2 | |||
2019 | 2020 | 2021 | 2022 | ||||
БПК5 | 5,76 | 11,72 | 2,15 | 4,07 | 7,10 | 2,0 | 2,0 |
Взвешенные вещества | 14,78 | 15,68 | 13,58 | 13,89 | 15,71 | 4,5 | 7,5 |
Фосфаты (по Р) | 0,08 | 0,11 | 0,07 | 0,05 | 0,08 | 0,2 | 0,2 |
Нефтепродукты | 0,13 | 0,13 | 0,08 | 0,09 | 0,11 | 0,05 | 0,05 |
Выпуски «Вилоновский», «Некрасовский», «Ленинградский», «Пионерский» и «Комсомольский» проложены под набережной, т. е. очистные сооружения и аккумулирующие резервуары должны быть выполнены в подземном исполнении, поскольку для надземных очистных сооружений отсутствует площадка под строительство.
Кроме того, строительство наземных очистных сооружений на набережной негативно повлияло бы на эстетический облик города и негативно отразилось на архитектурном наследии. На рис. 1 изображена схема регулирования и очистки поверхностных сточных вод с последующей очисткой на городских очистных канализационных сооружениях.
Рис. 1. Схема регулирования и очистки ПоСВ: ЛСВ – ливневая сеть водоотведения; РР – регулирующий резервуар; ЛОС — локальные очистные сооружения; ХБСВ – хозяйственно-бытовая сеть водоотведения; ГОКС – городские очистные канализационные сооружения
В данном исследовании рассмотрены выпуски исторической части города Самары поскольку опыт произведенных работ, реализованный в рамках проекта реконструкции сетей дождевой канализации в границах исторического поселения Самары с очистными сооружениями поверхностных сточных вод, будет распространен в дальнейшем на остальные выпуски г. Самары.
Следует упомянуть о проекте очистных сооружений «Постников овраг» (в настоящее время не реализуется), идея которого заключалась в том, что будут спроектированы и построены ОСПСВ производительностью 67 700 м3/сут и аккумулирующий резервуар вместимостью 50 000 м3. В статье «В Самаре построят комплекс ливневого коллектора и станции очистки в районе Постникова оврага» (издание ВОЛГА НЬЮС от января 2022 г.) первый вице-губернатор — председатель правительства Самарской области сообщил, что в 2022 г. будет завершено проектирование и подготовка площадки для строительства, хотя инициатива о заказе проекта поступила ещё в 1995 г.
Классификация поверхностных сточных вод
Для классифицирования поверхностных сточных вод необходимо прежде всего произвести расчет и обработку изучаемых данных, в дальнейшем после классификации ПоСВ по типам вод это позволит оптимизировать работу очистных сооружений, поскольку в данном исследовании был изучен и проанализирован состав стоков.
Расчет производился в программе STATISTICA 10, предназначенной для анализа данных, визуализации, прогнозирования и проведения многих других видов статистического анализа. Программа статистического анализа STATISTICA используется в таких сферах, как производство, электроэнергетика, нефтехимическая промышленность, фармацевтика, полупроводники, пищевая, автомобильная, телекоммуникационная индустрия, страхование, оборудование и др. Были сведены в общий ряд наблюдений химические показатели за период с 2019 по 2022 гг. по каждому отдельному показателю.
В табл. 3 показаны результаты проведенного анализа. Представленные значения разделены на три категории – максимальная, средняя и минимальная, в каждой из категорий указан диапазон, среднее значение диапазона и количество значений из суммы по представленному показателю.
Таблица 3. Значения показателей по выпускам (максимального, среднего и минимального)
Показатель | N общее | Гр.макс. | n− | Nмакс | Гр.ср | n− | Nср | ГР.мин. | n− | Nмин |
БПК5 | 312 | 18,8-24,6 | 21,8 | 6 | 7,2-18,4 | 10,7 | 35 | 1,3-7,1 | 4,1 | 271 |
Взвешенные вещества | 339 | 107-108,6 | 107,8 | 3 | 28,1-79,2 | 42,5 | 23 | 1,0-27,9 | 11,4 | 313 |
Фосфаты (по Р) | 357 | 0,53-0,69 | 0,63 | 5 | 0,18-0,5 | 0,29 | 33 | 0,005-0,17 | 0,07 | 319 |
Нефтепродукты | 357 | 0,84 | 0,84 | 1 | 0,22-0,43 | 0,29 | 12 | 0,01-0,19 | 0,08 | 344 |
n− – среднее арифметическое; Гр.макс, Гр.ср., Гр.мин – группа максимального, среднего и минимального выпусков |
Исходя из табл. 3 были построены гистограммы (рис. 2 – 5), на которых показано нормальное распределение общего количества наблюдений (общего/суммарного количества химических анализов рассмотренного показателя) на три составные группы (максимальная, средняя, минимальная). По оси абсцисс отображены группы, а также их качественный диапазон, выраженный в мг/дм3, по оси ординат – количественный диапазон, выраженный в числах наблюдений.
Рис. 2. Гистограмма нормального распределения «БПК5»
Рис. 3. Гистограмма нормального распределения «взвешенных веществ»
Рис. 4. Гистограмма нормального распределения «фосфатов»
Рис. 5. Гистограмма нормального распределения «нефтепродуктов»
Из табл. 3 и рис. 2 – 5 можно сделать вывод, какими данными можно и необходимо пренебречь, а на какие нужно ориентироваться при расчете и проектировании очистных сооружений ПоСВ, используя многолетний период наблюдений.
Объединив табл. 2 и 3 получаем табл. 4, из которой следует, что ни средние, ни даже максимальные значения показателей не окажут негативного воздействия ни на ЦСВ ПиГО (централизованные системы водоотведения поселений и городских округов), ни на ГОКС (городские очистные канализационные сооружения).
Таблица 4. Сравнение значений объединенных выпусков (максимальных, средних и минимальных)
Показатель | Ед. изм. | Макс. | Средние | Мин. | Общ. Ср. конц. | ПДК1 | ПДК2 |
БПК5 | мг/дм3 | 18,8-24,6 | 7,2-18,4 | 1,3-7,1 | 5,15 | 2,0 | 2,0 |
Взвешенные вещества | мг/дм3 | 107-108,6 | 28,1-79,2 | 1,0-27,9 | 14,35 | 4,5 | 7,5 |
Фосфаты (по Р) | мг/дм3 | 0,53-0,69 | 0,18-0,5 | 0,005-0,17 | 0,1 | 0,2 | 0,2 |
Нефтепродукты | мг/дм3 | 0,84 | 0,22-0,43 | 0,01-0,19 | 0,09 | 0,05 | 0,05 |
ПДК1 – предельно допустимая концентрация для реки Волги в границах г. Самары ПДК2 – предельно допустимая концентрация для реки Самары в границах г. Самары |
Сравнение объединенных средних концентраций с нормативными значениями для сброса представлено в табл. 5.
Таблица 5. Сравнение средних концентраций с нормативными значениями
Показатель | Средние концентрации, мг/дм3 | ПДК Волги | |||||||||
Ульяновский | Вилоновский | Комсомольский | Горячий ключ | Некрасовский | Ленинградский | Пионерский | Крупский | Хлебнаяп лощадь | Общая средняя | ||
БПК5 | 7,1 | 3,3 | 7,4 | 7,5 | 4,4 | 5,5 | 4,0 | 3,4 | 5,3 | 5,3 | 2,0 |
Взвешенные вещества | 15,7 | 14,9 | 31,6 | 14,7 | 11,6 | 14,5 | 13,2 | 9,9 | 11,0 | 15,2 | 4,5 |
Фосфаты (по Р) | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 |
Нефтепродукты | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,05 |
Возможность приема различных категорий поверхностных сточных вод в канализационные сети и открытые источники питьевого водоснабжения определяется исходя из состава загрязнений этих вод, их количества и в какое времени суток они выпали. Исходя из условий проекта общая последовательность регулирования, очистки и сброса поверхностных сточных вод, будет выглядеть следующим образом (рис. 6).
Рис. 6. Горизонтальная схема сброса ПоСВ: ЛСВ – ливневая сеть водоотведения; ЛОС – локальные очистные сооружения; ХБСВ – хозяйственно-бытовая сеть водоотведения; ГОКС – городские очистные канализационные сооружения
На рис. 7 показана блок-схема принятия решений исходя из того, какие категории ПоСВ допущены к сбросу.
Рис. 7. Блок-схема очистки ПоСВ: ЛОС – локальные очистные сооружения; ЦСВ – централизованная сеть водоотведения; ГОКС – городские очистные канализационные сооружения
На основании вышеприведенных таблиц и рисунков составлена табл. 6, в которой представлена информация о категории сточных вод и условиях их сброса в водоем, канализационную сеть, а также для какой категории необходимо строительство РР или ЛОС.
Таблица 6. Условия сброса ПоСВ [9]
Категория сточных вод | Строительство РР | Строительство ЛОС | Сброс в ХБСВ | Сброс в водоем | |
Допущена к сбросу (в ЦСВ или водоем) | Чистый снег, сплавляемый по коллекторам (в соответствии с требованиями специальных инструкций) | +* | – | +* | + |
От поливки и мытья улиц | +* | – | +* | – | |
Допущена к очистке на ГОКС (ЦСВ) | Талые воды из стационарных и передвижных снеготаялок | + | – | + | – |
Дождевые и талые, после предварительной очистки на местных очистных сооружениях | + | – | + | – | |
От дренажных и осушительных сетей | + | – | + | – | |
Не допущена к очистке на ГОКС (ЦСВ) | Дождевые и талые, с территорий, сильно загрязненных продуктами производства | + | + | +* | – |
+ – строительство РР требуется в том случае, если необходим сброс в ЦСВ +* – только при наличии ЛОС, которые произведут очистку до норм сброса в ЦСВ |
Руководствуясь табл. 6 и отталкиваясь от разработанных укрупненных категорий, имея данные качества стока (расчетные или фактические за многолетний период наблюдений) и соотнеся его с категорией ПоСВ (классификацией), можно упростить принятие решений о комплексе инженерных сооружений для их проектирования и расчета.
Так, например, сток категории «чистый снег, сплавляемый по коллекторам» (в соответствии с требованиями специальных инструкций) можно без очистки сбрасывать в водоем, поскольку негативное воздействие от такого стока минимально или даже незначительно и потому не требует строительства ОСПСВ, однако если необходимо исключить попадание и такого стока в водоем, то можно ограничиться постройкой регулирующего(их) резервуара(ов), из которого будет осуществляться перекачка рассматриваемого стока в хозяйственно-бытовую или иную, помимо дождевой, канализационную сеть с последующей очисткой. Рассматриваемый сток можно отнести к первому типу стока по СП 32.13330.2018 (данный вид стока должен очищаться не менее 70 % от среднегодового объема), что позволяет сбрасывать 30 % среднегодового объема без очистки.
Сток категории ПоСВ «Дождевые и талые, после предварительной очистки на местных очистных сооружениях» сбрасывается после ЛОС в ХБСВ от абонентов, например промышленных предприятий, и смешиваясь с той частью стока, которая уже транспортируется без дополнительной очистки, сбрасывается в водоем, и этот вид стока уже негативно влияет на водный объект, поскольку ПДКрыбхоз. намного жестче нормативов приема от абонентов в ЦЛСВ (центральная ливневая система водоотведения) и уже требует как минимум строительства РР для последующего перекачивания и очистки данного вида стока на ГОКС (городские очистные канализационные сооружения).
«Дождевые и талые с территорий, сильно загрязненных продуктами производства» – данная категория вод и схожая с ними по качеству существенно влияет на водный объект и должна очищаться в полном среднегодовом объеме, второй тип по – СП 32.13330.2018; если их сравнивать этот вид стока нужно не только принять в РР для усреднения качества, но и обязательно очистить на ЛОС до норм сброса в ЦСВ ПиГо, поскольку они менее требовательны, чем ПДКрыбхоз., что в результате приводит к уменьшению стоимости проектирования и строительства инженерных сооружений по очистке и регулированию ПоСВ.
Выводы.
- В исследовании выявлен уровень загрязненности водохранилищ и изменение его по классам загрязненности с 2011 по 2021 гг. На основе постановлений правительства г. Самары и ФГБУ «Приволжское УГМС» выявлено, что ПоСВ негативно влияют на водные объекты и прибрежную акваторию. Это подтверждается результатами приведённых среднегодовых, а также максимальных, средних и минимальных концентраций ПоСВ выпусков по физико-химическим показателям.
- При изучении качества воды поверхностных сточных вод крупного промышленного центра на примере г. Самары был определен перечень показателей, которые оказывают негативное воздействие на водные объекты и по которым определены максимальные средние и минимальные диапазоны значений по следующим показателям: БПК5, взвешенным веществам, фосфатам, нефтепродуктам. Разработана и принята классификация ПоСВ на основе рассмотренных в исследовании данных.
Об авторах
Александр Кузьмич Стрелков
Самарский государственный технический университет
Email: a19400209@yandex.ru
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения и водоотведения
Россия, Самара; СамараМихаил Владимирович Шувалов
Самарский государственный технический университет
Email: mshuv57@gmail.com
кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения
Россия, Самара; СамараАлексей Андреевич Павлухин
Самарский государственный технический университет
Email: a_pavluhin17@mail.ru
аспирант кафедры водоснабжения и водоотведения
Россия, Самара; СамараСветлана Юрьевна Теплых
Самарский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: kafvv@mail.ru
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения
Россия, Самара; СамараСписок литературы
- Шувалов М.В. Системный анализ эволюции нормативных требований к составу и свойствам сточных вод при сбросе в поверхностные водные объекты // Градостроительство и архитектура. 2020. Т.10, №2. С. 43–56. doi: 10.17673/Vestnik.2020.02.7.
- Стрелков А.К., Шувалов М.В., Павлухин А.А., Черносвитов М.Д. Реконструкция сетей дождевой канализации в исторической границе города Самары // Градостроительство и архитектура. 2023. Т. 13, № 1. С. 45–52. doi: 10.17673/Vestnik.2023.01.6.
- Закономерности изменения состава поверхностных сточных вод / Е.Д. Палагин, М.А. Гриднева, П.Г. Быкова, Т.Ю. Набок // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 8. С. 56–60.
- Шувалов М.В., Стрелков А.К. Проектные решения по строительству главного коллектора дождевой канализации и централизованных очистных сооружений поверхностного стока волжского склона в Самаре // Градостроительство и архитектура. 2017. Т. 7. №4. C. 60–66. doi: 10.17673/Vestnik.2017.04.10.
- Абдрахимов В.З., Лазарева Н.В. Использование шламовых металлургических отходов в производстве пористого заполнителя снижает загрязнение реки Самара и оптимизирует кадастры и землеустройство // Эксперт: теория и практика. 2020. № 5 (8). С. 15–23. doi: 10.24411/2686-7818-2020-10042.
- Федеральное государственное бюджетное учреждение «Приволжское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ФГБУ «Приволжское УГМС»). Экологический бюллетень по Самарской области. Режим доступа: http://pogoda-sv.ru/pollcenter/annual_review/ (дата обращения: 30.03.2023).
- Министерство лесного хозяйства, охраны окружающей среды и природопользования Самарской области. Доклады об экологической ситуации в Самарской области. Режим доступа: https://priroda.samregion.ru/category/ohrana_okr_sredbi/doklad_ob_eko_situatsii/ (дата обращения: 30.03.2023).
- Проект охранной зоны исторического поселения в Самаре прошел экспертизу». Волга Ньюз [Электронный ресурс]. URL: https://volga.news/article/649451.html (дата обращения: 30.03.2023).
- Канализация / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, А.И. Жуков, С.К. Колобанов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1975. 632 с.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)