ООО "Кондопожский Шунгит Шунгизит"

ООО "Кондопожский Шунгит Шунгизит"

загрязнение ливневЫХ стокОВ
С АВТомобильных дорог
Проблема оценки загрязнения ливневых и талых вод, стекающих с полотна автомобильных дорог, а также способов очистки таких вод к настоящему времени изучена недостаточно. Даже в развитых европейских странах вопрос о необходимости очистки поверхностного стока с автомобильных дорог был поставлен на повестку дня только в последние годы. Вместе с тем известно, что при эксплуатации шоссейных дорог ливневые стоки непосредственно оказывают ощутимое антропогенное давление на окружающую природную среду. При этом загрязнение ливневых и талых сточных вод нефтепродуктами, взвешенными веществами, тяжёлыми металлами достигает экологически опасных уровней. Особенно остро стоит вопрос по очистки ливневого стока с дорог, мостов и эстакад в водоохранной зоне при пересечении рек и около водоёмов.
Согласно СНиП 2.05«Автомобильные дороги» [1] (п. 3.6) «На дорогах в пределах водоохранных зон следует предусматривать организованный сбор воды с поверхности проезжей части с последующей её очисткой или отводом в места, исключающие загрязнения источников водоснабжения».
Согласно СанПиН 2.1.5.980-00 [2] не допускается организованный сброс ливневых сточных вод в черте населенных пунктов; в пределах первого и второго округов санитарной охраны курортов; в местах туризма, спорта и массового отдыха населения.
Ливневые воды с проезжей части дороги могут сбрасываться не только напрямую в водные объекты, но и в канализационную городскую сеть. Необходимо отметить, что, например, в Санкт-Петербурге действуют достаточно жёсткие условия приема загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации [3]. По взвешенным веществам допускается к сбросу от 10-15 мг/л до 300 мг/л, по нефтепродуктам – 0,3-0,7 мг/л. Ливневые сточные воды с дорожного покрытия, как правило, не удовлетворяют этим высоким требованиям.
В связи с этим в последние годы достаточно остро стоит вопрос об очистке ливневых стоков с дорог и, учитывая потребность в большом количестве очистных сооружений, вопрос о необходимом номенклатурном ряде таких сооружений для удовлетворения нужд дорожной отрасли. В данной работе выполнена экспериментальная оценка количества нефтепродуктов, взвешенных веществ и тяжелых металлов, попадающих на проезжую часть автомобильных дорог, и обоснованы требуемые параметры производительности очистных сооружений ливневых стоков.
Оценка количества нефтепродуктов, попадающих на полотно автомобильной дороги
Поступление нефтепродуктов на поверхность автодорог связано с протечками топлива, моторного масла, трансмиссионного масла, смазочных материалов из различных систем автомобиля. При протечках на поверхность автодороги поступают отдельные капли нефтепродуктов, частота падения и объём которых зависит от изношенности двигателя, тщательности и правильности его эксплуатации, а также других причин. Скорость поступления нефтепродуктов на дорогу в результате таких утечек из одной автомашины составляет от долей миллиграмма до нескольких миллиграмм в секунду.
Методика оценки поступления нефтепродуктов на проезжую часть базировалась на основе прямого наблюдения и учёта количества и площади маслянистых пятен, образуемых автомобилями различных типов.
Натурные наблюдения за потерями нефтепродуктов (машинного масла, топлива) от автотранспорта проводились на разных улицах Санкт-Петербурга.
По исследованиям, выполненным Академией Коммунального Хозяйства [4], в течение первых двух суток пятна от нефтепродуктов расплываются и увеличивают свои размеры в 1,5 – 1,7 раза по сравнению с первоначальными размерами, при этом наблюдается их выравнивание и сглаживание угловатых форм на округлые. Отдельные пятна в бездождный период сохраняются в течение 2-3 недель. При прохождении дождя пятна исчезают. Так как во всех экспериментах регистрировалось время истечения нефтепродуктов, это позволило определить интенсивность (скорость) утечки нефтепродуктов (г/час). С учётом количества автомобилей, у которых не наблюдались утечки нефтепродуктов (около 35% легковых и 40% грузовых автомобилей), определены средние значения интенсивностей утечек (табл. 1).
Таблица 1
Общие данные по грузовым и легковым автомобилям
Общее количество наблюдаемых автомобилей Общее количество поступивших за час нефтепродуктов на дорожное полотно, г/час f – средняя интенсивность протечек нефтепродуктов в расчете на один автомобиль, г/час
ЛЕГКОВЫЕ
123 154,8 1,3
ГРУЗОВЫЕ
15 204,5 13,6
Имея в распоряжении данные по средним утечкам нефтепродуктов из автомобилей, можно перейти к оценке количества нефтепродуктов, вытекающих на заданном отрезке какой-либо дороги (на отдельно взятых участках дорог).
Оценка концентрации нефтепродуктов в ливневых стоках с автомобильных дорог
Дальнейшая судьба нефтепродуктов, после попадания на проезжую часть автомобильной дороги, сложна и трудно предсказуема. На это влияют многие факторы. Нефтепродукты, попавшие на дорожное полотно, испаряются, впитываются в поры асфальта, в покрышки автомобилей, смываются дождями. Поэтому не все нефтепродукты попадают в водную среду. Исследования трансформации нефтепродуктов, попавших на дорожное полотно, выполненные в [4], показали, что бензин и дизельное топливо очень быстро испаряются. Моторное масло впитывается в асфальт. Уже через сутки после попадания масла на асфальт с его поверхности удаётся смыть только 11,5 % от первоначального количества. Через 7 суток эта величина падает до 1,24 %. Эксперименты показывают, что впитывание нефтепродуктов поверхностью дорожного покрытия заканчивается за первые 1–5 минут [4].
Таким образом, в первом приближении можно принять, что ливневый сток будет загрязняться практически только нефтепродуктами, попавшими на дорожное полотно во время дождя. Накоплением нефтепродуктов в междождевой период можно пренебречь.
Концентрацию нефтепродуктов во время дождя в ливневом стоке при принятых выше предположениях можно оценить отношением (1):
(1)
где:
Сн. п. – концентрация нефтепродуктов в ливневом стоке, мг/л;
i - интенсивность осадков, мм/час;
fл - средняя интенсивность утечки нефтепродуктов у легковых автомобилей, г/час;
fгр - средняя интенсивность утечки нефтепродуктов у грузовых автомобилей, г/час;
Nл – интенсивность движения легковых автомобилей, авт./час;
Nгр - интенсивность движения грузовых автомобилей, авт./час;
V – средняя скорость автомобилей, км/час;
B – ширина проезжей части, м.
Для проверки возможности использования формулы (1) выполнены натурные исследования. Во время дождей на Синопской и Смольнинской набережных, на Пулковском шоссе и на Миргородской улице отобраны пробы ливневых стоков с последующей оценкой содержания в этих пробах нефтепродуктов. Сопоставление данных, полученных экспериментально, с расчётами, выполненными по формуле (1), представлены в табл. 2.
Таблица 2
Содержание нефтепродуктов в ливневом стоке улиц Санкт-Петербурга
№ пробы Nл, авт./час Nгр, авт./час i, мм/час Cн. п., мг/л
Измерения Расчет
Синопская набережная
1 2290 240 1,0 5,12 8,32
2 2900 220 1,5 5,53 6,01
3 2060 120 0,8 8,2 7,1
Смольнинская набережная
4 1060 60 1,0 3,24 3,65
Пулковское шоссе
5 1580 560 0,5 14,6 10,74
Миргородская улица
6 400 140 0,5 26 20,2

Как следует из табл. 2, экспериментальные данные вполне отвечают расчетным оценкам по формуле (1). Тем самым подтверждено, что определение концентрации нефтепродуктов в ливневом стоке с автомобильных дорог можно проводить с использованием предложенной расчётной формулы.
Известно, что строительные нормы по проектированию сооружений для очистки поверхностных сточных вод [5] и Требования по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог [6] для дорог I категории определяют расчётную концентрацию нефтепродуктов в ливневом стоке постоянной величиной 24 мг/л. Сопоставляя ее с полученными результатами, видим, что во многих случаях оценка концентрации нефтепродуктов по [5, 6] является завышенной.
Концентрации взвешенных веществ в ливневом стоке с автомобильных дорог
Взвешенные вещества появляются за счёт истирания шин, асфальтового покрытия, просыпей грузов, за счёт выноса на колёсах грязи на автомобилях, выехавших с грунтовых дорог. Кроме того, много взвешенных веществ остаётся после зимней обработки дорог песчано-солевыми смесями.
По данным [5, 6] для автомобильных дорог первой категории к расчёту принимается концентрация взвешенных веществ в стоке 1300 мг/л. Однако, по данным натурных измерений, на объектах указанных выше, концентрация взвешенных веществ в ливневом стоке составляет существенно меньшие величины (см. табл. 3).
Таблица 3
Результаты экспериментов по определению концентрации взвешенных веществ
№ исследования Улица Концентрация взвешенных веществ, мг/л Интенсивность потока, авт./час
1 Миргородская ул. 114 520
2 Синопская набережная 47,2 2850
3 Синопская набережная 45,7 2580
4 Синопская набережная 252,2 3220
5 Смольнинская набережная* 230,4 2890/2*
6 Смольнинская набережная* 33,3* 2570/2*
7 Пулковское шоссе* 88,8* 2268
8 Пулковское шоссе* 42,7* 2460
* - для одного направления, т. к. дорога имеет разделительную полосу.
Данные измерений показывают, что если дорога содержится в нормальном состоянии и систематически убирается, то в ливневых стоках можно ожидать концентрацию взвешенных веществ не более 300 мг/л.
Концентрации тяжелых металлов в ливневом стоке
с автомобильных дорог
Для соединений тяжёлых металлов имеющаяся информация скромна и фрагментирована. В соответствии с [5, 6] контролируются только соединения свинца. Для расчёта принимается концентрация свинца в ливневом стоке 0,28 мг/л. По данным отчёта [4], где проанализированы зарубежные материалы, концентрация свинца в ливневых стоках изменялась от 0,04 до 2,9 мг/л. Наличие свинца ранее было обусловлено, прежде всего, использованием этилированного бензина. В марте 2003 года в России принят закон о повсеместном запрещении с 1 июня 2003 года использования и производства этилированного бензина. Поэтому можно ожидать резкого уменьшения концентраций свинца в стоках. Результаты экспериментальных измерений загрязнения ливневых стоков тяжёлыми металлами, выполненные на автомагистралях Санкт-Петербурга, представлены в табл. 4.
Таблица 4
Результаты измерений загрязнения ливневых стоков
тяжёлыми металлами
№ исследования Место измерений Концентрация тяжёлых металлов, мг/л
Pb Zn Cu Cd
1 Синопская наб. 0,35 7,96 0,51 0,0001
2 Синопская наб. 0,14 1,97 0,35 0,0001
3 Смольнинская наб. 0,56 2,12 0,85 0,0032
4 Пулковское шоссе 0,024 0,12 0,023 0,0016
5 Приморское шоссе,
ст. Горская 0,005 0,43 0,043 0,016
ПДК (для питьевой воды)
0,03 1,0 1,0 0,001
Данные, приведённые выше, указывают на то, что концентрации тяжёлых металлов (за исключением кадмия) превышают, как рыбохозяйственные, так и гигиенические допустимые значения. Отсюда следует вывод, что в соответствии с существующими в России нормами и правилами ливневые стоки с дорог надо очищать. В связи с этим возникает важный вопрос об очистных сооружениях ливневых стоков и потребности в их количестве и номенклатуре для обеспечения нужд дорожной отрасли.
Оценка потребности дорожной отрасли в очистных сооружениях
Рассмотрим количество очистных сооружений и потребную среднюю частоту их применения на трассах на примере разных дорог Северо-Запада (по материалам экологических обоснований проектов, выполненных -Дорсервис»). Это позволит оценить ёмкость рынка очистных сооружений для автодорожного строительства и номенклатуру этих сооружений по их производительности.
Протяжённость автомобильных дорог общего пользования на Северо-Западе составляет около 90400 км. По анализу 12-ти рассмотренных проектов реконструкции и строительства автодорог определена средняя протяжённость участка трассы между водотоками, которая на Северо-Западе составляет 5,4 км.
Так как каждый водоток имеет водоохранную зону, все ливневые стоки с автомобильных дорог на пересечении с каким-либо водотоком согласно СниП 4. «Автомобильные дороги» [1] требуется организованно собирать и очищать. На участках между водотоками сбор и очистка ливневого стока не производится, т. к. этот сброс рассосредоточен по обочинам и кюветам. Очевидно, что в среднем на 5,4 километра длины дороги необходимо четыре очистных сооружения.
В практике дорожного строительства для очистки ливневых стоков используются либо локальные очистные сооружения заводского изготовления (ЛОС), либо гидроботанические пруды (ГБП).
В основе работы ЛОС лежат физические, химические и физико-химические процессы. Производительность таких очистных сооружений, как правило, лежит в пределах от 0,5 до 30 л/с. Очистка ливневых сточных вод с использованием ЛОС, в принципе, возможна до любых концентраций, но требует больших затрат на реагенты, фильтры, электроэнергию, работу обслуживающего персонала. Очевидно, что это дорогостоящий способ очистки.
В основе очистки ливневого стока с использованием ГБП лежат естественные биологические процессы самоочищения, протекающие в почве и водоемах. К этому способу очистки относят различные биологические пруды-отстойники, гидроботанические пруды производительностью от нескольких десятков л/с до нескольких сотен л/с. ГБП представляет собой пруд с высшей водной растительностью (ВВР) (до 100 стеблей на 1 м2 по дну и откосам), оснащенный фильтрующей кассетой и нефтесорбирующим плавающим боном. Биологические свойства ВВР способствуют очищению воды от различных загрязнителей, связывая и усваивая их в значительных количествах. В практике дорожного строительства ГБП впервые предложены в проектах -Дорсервис» (патент № 000 «Способ очистки сточных вод», авторы Е. А. Леонов, А. Н. Птюшкин). Из всех способов очистки сточных вод этот способ наиболее экологичен, доступен и дешев. ГБП могут устанавливаться и для доочистки, и как резервные очистные сооружения в случаях аварийных ситуаций на ЛОС. ГБП эффективны в случаях сбора аварийного разлива нефти. Этот способ не требует подвода электричества, постоянного обслуживания и частой замены фильтрующих элементов. Поэтому он обеспечивает требуемую эффективность при меньших затратах. Способ очистки на ГБП более приемлем для дорожного строительства.
ГБП имеет все атрибуты локального очистного сооружения (ЛОС) механического типа, а именно: отстойник, коалисцирующие поверхности (стебли растений), фильтр, нефтесорбирующие материалы (бон с нефтесорбентом). Время отстаивания воды в прудах ГБП рассчитывается так, что оно как минимум в шесть раз превышает время отстаивания воды в ЛОС, что при идентичной физической сущности процессов должно приводить к более эффективному задержанию загрязняющих веществ в сточных водах. Кроме того, ГБП, будучи открытым водоемом, в отличие от ЛОС способствует более быстрой физико-химической деградации нефтепродуктов за счет аэрации, солнечного освещения, более высокой температуры, более интенсивной работы бактериоценозов, участвующих в разложении нефтяных углеводородов.
Следует отметить, что изготавливаемые в настоящее время ЛОСы специально не предназначены для автомобильных дорог и их типовой ряд по производительности часто не совпадает с требованиями характерными для автомобильных дорог. Это зачастую приводит к превышению требуемой производительности и неоправданному расходованию на ЛОС излишних средств. Анализ производительности 14 ЛОС на разных участках Кольцевой автомобильной дороги (КАД) вокруг Санкт-Петербурга показал существенную разницу между потребной и реализованной в конкретной ситуации производительностью. Производительность локальных очистных сооружений, установленных на КАД, превосходит требуемую в среднем на 50%. Аналогичная картина наблюдается, если рассматривать и другие проекты. Такое расхождение связано с тем, что производители не знают потребностей дорожной отрасли и выпускают ЛОС по типовому ряду, сформировавшемуся из других условий. Очевидно, что это влечёт за собой необоснованное расходование финансовых средств. Определение характерного ряда распределения потребной производительности для нужд автомобильных дорог позволит снизить затраты на очистные сооружения.

Получить полный материал


Открытие и поддержка сайта на проекте Pandia.ru
Эта подписка дает право открытия сайта и публикации материалов (статьи, фотогалереи, прайс-листы, контакты, файлы) на портале Pandia.ru
Примеры действующих сайтов - рейтинг TOP 100
Возможности
• публиковать на сайте материалы (статьи, фото, контакты, прайс-листы, файлы);
• устанавливать "теги" тематики сайта;
• пользоваться выбором фона для сайта из нескольких тысяч вариантов;
Для определения количества и частоты встречаемости (R%) тех или иных очистных сооружений по производительности (для ЛОС) и по принимаемому объему сточных вод (для ГБП) проведён анализ ряда экологических обоснований проектов, разработанных -Дорсервис» для дорог Северо-Запада.



По производительности ЛОС и ГБП разбиты на характерные диапазоны. По анализу рассмотренных проектов определено количество ЛОС и ГБП, попадающих в назначенный диапазон по расчётному расходу стоков, и построено распределение относительного количества ЛОС и ГБП по заданным диапазонам производительности, требуемым в автодорожном строительстве (см. рис.1, 2).
Рис. 1. Относительное количество требуемых ЛОС (R,%) в заданном интервале производительности.

Рис. 2. Относительное количество требуемых ГБП в заданном интервале по объему принимаемых сточных вод.
Из рис. 1 следует, что для дорог Северо-Запада наиболее необходимы ЛОС производительностью 0,5 л/с, они встречаются в 56% случаев, производительностью 1 л/с - в 17% случаев, производительностью 2 л/с – в 16% случаев.
Из рис. 2 видно, что для дорог Северо-Запада наиболее необходимы ГБП, принимающие за дождь объём стоков до 50 м3, они встречаются в 26% случаев, ГБП, принимающие объём до 100 м3 встречаются в 22% случаев, до 150 м3 - в 20% случаев.
Приведенные данные о количестве требуемых ЛОС и ГБП и их номенклатуре являются полезной информацией для производителей. Их учет позволит примерно в 1,5 раза снизить расходы на строительство очистных сооружений.
Сопоставление экономической эффективности способов очистки
Экономические аспекты очистки ливневого стока на ГБП и на ЛОС рассматривались на примере КАД. Стоимость очистных сооружений принята в соответствии со сметными расчётами по проекту КАД, причём учитывались и строительно-монтажные работы.
Для удобства сравнительного анализа рассматривался удельный показатель, который определялся как отношение среднихкапиталовложений в сооружение к единице объёма очищаемых ливневых сточных вод за первый год эксплуатации. В результате сравнения установлено, что очистка единицы объёма сточных вод на ГБП в 3-5 раз дешевле, чем на ЛОС.
Представляет интерес оценка общей потребности в очистных сооружениях для дорог Северо-Западного федерального округа. Общая протяженность дорог в Северо-Западном округе составляет 90400 км. На них находится около 16740 пересечений с водотоками. В ближайшие 10-15 лет потребуется реконструкция практически всех указанных дорог, при которой необходимо будет установить около 67 тысяч ЛОС или ГБП. Ежегодные финансовые затраты на установку ЛОС в этом случае составят не менее 10 млрд. руб., а финансовые затраты на ГБП составят не менее 2 млрд. руб.
Заключение
Экспериментальная оценка количества нефтепродуктов, взвешенных веществ и тяжелых металлов, попадающих на полотно автомобильных дорог, а также расчеты требуемых параметров производительности очистных сооружений ливневых стоков позволяют сделать следующие выводы:
1. Определение концентрации нефтепродуктов в ливневом стоке с автомобильных дорог можно проводить с использованием предложенной нами расчетной формулы.
2. Концентрация взвешенных частиц в ливневых стоках не превышает 300 мг/л при штатном режиме содержания дороги.
3. Концентрации нефтепродуктов, взвешенных веществ, тяжелых металлов (за исключением кадмия) в ливневых стоках с автомобильных дорог превышают допустимые значения.
4. Для дорог Северо-Западного региона потребность в очистных сооружениях составляет в среднем 4 сооружения на 5,4 км дороги (0,741 шт./км).
5. Производительность устанавливаемых сегодня очистных сооружений, как правило, превосходит требуемую производительность примерно в 1,5 раза, что связано с незнанием производителями необходимого номенклатурного ряда очистных сооружений для дорожной отрасли.
6. Для дорог Северо-Западного региона определен необходимый номенклатурный ряд очистных сооружений и их общее количество.
7. Очистка ливневых стоков с автомобильных дорог на гидроботанических прудах (площадках) в 3-5 раз дешевле, чем на локальных очистных сооружениях заводского изготовления.
Список литературы
1. СНиП «Автомобильные дороги» 4.– 88.
2. СанПиН 2.1.5.980-00 Гигиенические требования к охране поверхностных вод.
3. Условия приема загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации Санкт-Петербурга (с изменениями от 01.01.01 г., 3 марта 1999 г., августа 2005 г.). Приложение 1 к приказу Комитета по управлению городским хозяйствомАдминистрации Санкт-Петербурга от 01.01.01 г. N 201.
4. Отчёт ”Экологическое обоснование схемы отведения и очистки ливневых вод с мостовых переходов и полотна автомобильной дороги” Руководитель работы Ю. П.Богданов, Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт Академии коммунального хозяйства, им. К. Д. Памфилова, 2001 г.
5. Строительные нормы по проектированию сооружений для очистки поверхностных вод СН 496-77, дата введения .
6. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов. М.: СоюздорНИИ, 1995 г. –113 с.