Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований, связанных с отводом поверхностных и дренажных вод с урбанизированных территорий 9
2. Состояние городских территорий в пределах г. Пензы 24
2.1. Закономерности выпадения осадков 26
2.2. Экологическое состояние атмосферы в пределах г. Пензы 40
2.3. Экологическое состояние поверхностного стока 41
2.4. Состояние подземного стока 43
2.4.1. Режим подземных вод 43
2.4.2. Экологическое состояние подземных вод 50
3. Расчетные схемы для совместного отвода дренажно-тало-ливневого стока 52
3.1 Гидрогеологические расчеты дренажей 52
3.2. Расчет максимальных расходов ливневого стока 61
3.3. Сток талых вод 68
4. Характеристика основных консервативных и неконсервативных загрязняющих веществ поверхностного стока на территории г. Пензы 70
4.1. Взвешенные вещества 70
4.2. Биохимическая потребность в кислороде 73
4.3. Нефтепродукты 76
4.4. Соединения азота 77
4.5. Фенолы 78
5. Прогноз качества воды в водоотводящеи системе при совместном отведении дренажного и ливневого стока 79
5.1. Роль биохимического окисления 79
5.1.1. Разбавление 85
5.1.2. Коэффициент неконсервативности 90
5.1.3. Роль времени в процессе биохимического окисления 93
5.2. Прогноз изменения взвешеннык веществ 93
5.3. Прогноз изменения БПК5 в водоотводящей сети и коллекторе 109
5.4. Прогноз изменения нефтепродуктов 119
5.5. Прогноз изменения аммонийного азота 122
5.6. Прогноз изменения фенолов 128
6. Эколого-экономическое обоснование совместного отведения дренажных и тало-ливневых вод 131
6.1. Экономическое обоснование системы 131
6.2. Экологическое обоснование системы 142
Выводы 147
Литература 149
- Анализ исследований, связанных с отводом поверхностных и дренажных вод с урбанизированных территорий
- Гидрогеологические расчеты дренажей
- Прогноз изменения взвешеннык веществ
- Экологическое обоснование системы
Введение к работе
Актуальность темы. Отсутствие в городах систем ливнесточной сети в условиях подтопленных территорий ухудшает экологию городов, осложняет строительство и эксплуатацию зданий, сооружений, систем инженерного оборудования, ведет к загрязнению природных водоемов и городских территорий.
Традиционные схемы ливневой канализации для городов энерго-и материалозатратны, так как предусматривают отвод ливневого стока по многочисленным коллекторам, с перекачкой в главные коллекторы, со сбросом в водоемы практически без очистки или, наоборот, с большими затратами на очистку. При крайне сложных и энергоемких схемах ливневая канализация по традиционным схемам малоэффективна.
Анализ существующего опыта исследований, проектирования, строительства и эксплуатации ливнесточных систем указывает на целесообразность и возможность разработки системы совместного отведения поверхностных и дренажных вод подтопленных территорий.
Цель работы и задачи исследований. Целью работы является разработка системы совместного отведения дренажных, ливневых и талых стоков с заболоченных и подтопленных территорий города и обоснование эколого-экономической целесообразности ее применения.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
обработать и обобщить результаты многолетних наблюдений за характером, режимом и количеством осадков в зимние и летние периоды, оценить экологическое состояние водоемов и подземного стока с учетом влияния различных факторов;
провести исследование и расчет основных параметров системы совместного отведения поверхностного и дренажного стоков на территории г. Пензы, подверженной подтоплению;
- экспериментально определить фракционный состав сухого
грунта в поверхностном стоке, наличие в нем нефтепродуктов и от
носительное распределение их в твердой и жидкой фазах;
разработать физико-математическую модель и методику расчета оптимальных характеристик вихревого приемника поверхностного стока;
экспериментально определить фракционный состав и концентрацию взвешенных частиц в условиях стационарного осаждения в поверхностном слое h дренажно-ливневого стока;
разработать математическую модель, учитывающую влияние гидродинамических и внешних факторов, для расчета остаточной концентрации взвешенных частиц в поверхностном слое h дренажно-ливневого стока;
разработать методику определения оптимальных параметров проточного отстойника путем решения оптимизационной задачи Ла-гранжа;
-разработать методику прогнозирования качества дренажно-ливневого стока с учетом процессов физико-химического и биохимического самоочищения и дать эколого-экономическое обоснование системы совместного отведения дренажно-ливневого стока.
Методы исследований. Теоретические исследования проведены с использованием уравнений гидродинамики вихревых потоков и метода неопределенных множителей Лагранжа. Экспериментальные исследования проведены при изучении кинетики седиментации и распределения нефтепродуктов в твердой и жидкой фазах стоков на стандартном лабораторном оборудовании по стандартным методикам.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
на примере г. Пензы впервые научно обоснована и подтверждена расчетами технологическая и эколого-экономическая целесообразность реализации совместного отведения дренажных и поверхностных (ливневых и талых) стоков с урбанизированных территорий;
разработаны физико-математическая модель и методика расчета оптимальных характеристик вихревого приемника поверхностных сточных вод;
разработана методика определения оптимальных параметров проточного отстойника путем решения оптимизационной задачи Лагранжа;
решена задача прогнозирования качества стоков с учетом разбавления и динамики движения жидкости в магистралях дренажно-ливневой системы и проточном отстойнике.
Практическая ценность работы:
-теоретически и экспериментально дано обоснование применению системы совместного отведения городских поверхностных и дренажных вод, включающей предварительную очистку поверхностных вод от взвешенных частиц и нефтепродуктов и разбавление их дренажными водами в сооружениях системы;
разработаны методики расчета вихревого приемника сточных вод и проточного отстойника;
результаты прогноза качества сточных вод на выходе дренажно-ливневой системы могут быть использованы при проектировании систем совместного отведения поверхностных и дренажных вод.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты научных исследований использовались при разработке проекта дренажной системы в г. Заречном Пензенской области Пензаводэкопроек-том ООО «Институт водного хозяйства и экологических проблем».
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на конференциях и симпозиумах в городах Пензе, Кемерово, Москве и Волгоградском ГАСУ.
Публикации. Основные результаты и положения исследований изложены в 26 публикациях, в том числе в издании, рекомендованном ВАК (Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. - 2007. - Вып. 8(27)).
Личный вклад автора заключается в постановке задач, непосредственном проведении исследований, обработке, систематизации, анализе их результатов и подготовке выводов, разработке конструкций и методик расчета оптимальных характеристик элементов системы.
Достоверность полученных результатов обеспечена апробированными методиками исследования и стационарными методиками определения качества и способов обработки результатов наблюдений.
На защиту выносятся:
- технологическая схема совместного отведения дренажных и по
верхностных (ливневых и талых) стоков;
- методика расчета основных параметров дренажно-ливневой
системы;
результаты экспериментов и расчетная зависимость относительного содержания нефтепродуктов в жидком стоке от содержания их в осадке фракций;
физико-математическая модель и методика определения оптимальных характеристик вихревого приемника сточных вод;
результаты экспериментов и расчетная зависимость остаточных значений взвешенных частиц в статических условиях и с учетом влияния турбулентности и несовершенства гидравлических условий работы проточного отстойника для различных скоростей движения стоков;
методика оптимизации параметров проточного отстойника на основе экспериментальных исследований и решения задачи Лагранжа;
методика прогнозирования качества стоков на выходе из резервуара-отстойника по консервативным и неконсервативным веществам с учетом динамики движения дренажных и ливневых (талых) стоков в дренажно-ливневой системе;
результаты эколого-экономического анализа результатов исследования параметров дренажно-ливневой системы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка и 12 приложений. Работа содержит 153 страницы основного текста, в том числе 44 рисунка и 48 таблиц. Библиографический список включает 142 источника, в том числе 12 - на иностранном языке.
Анализ исследований, связанных с отводом поверхностных и дренажных вод с урбанизированных территорий
Территориально-сосредоточенное воздействие человека на территориях крупных городов и промышленных центров проявляется в особенно интенсивном разрушении природных экосистем, что выражается в резком снижении природного потенциала территорий и их жизнеобеспечивающих функций. Одним из основных показателей экологической безопасности урбанизированных территорий является экологическое состояние гидросферы [82, 86].
Одним из наиболее негативных процессов, развивающихся на территории городов и ухудшающим экологическое состояние подземной гидросферы, является подтопление.
Подтопление - подъем уровня грунтовых вод и увеличение влажности грунтов на застраиваемых и застроенных территориях, обусловленные изменением водного баланса (приходные статьи баланса преобладают над расходными) под влиянием комплекса техногенных факторов при определенных природных условиях и приводящие к осложнению строительства и условий эксплуатации застроенной территории, а также к ухудшению экологической обстановки.
По данным Правительства РФ [24] в настоящее время из всех опасных процессов подтопление имеет максимальное распространение, его последствия могут быть угрожающими или катастрофическими.
Из 1092 городов России подтоплено около 70 %. Подтопление городов, активно развивающееся в любых климатических условиях, сопровождается масштабными экологическими последствиями и наносит ущерб здоровью населения. Острота проблемы наиболее высока на сильно урбанизированных территориях, где концентрация населения сочетается с наличием мощных источников вредного воздействия на окружающую среду. Так, подтопление от 80 до 100 % площади урбанизированных территорий, характерное для средней полосы России, приводит к существенному росту затрат на обеспечение комфортной среды проживания человека.
Общий ущерб от подтопления с 1 га городских территорий оценивается в 30-460 тыс. руб. (в ценах 1998 г.). В целом по стране, согласно оценке Госстроя России, ущерб от подтопления застроенных городских территорий составляет около 60 млрд. руб./год.
Анализ факторов и условий возникновения подтопления городских территорий рассмотрен в работах И.В. Гармонова, В.Ю. Моисеева, О.В. Слинко, Б.М. Дегтярева, С.К. Абрамова, Е.С. Дзекцера М.И. Черкасова, И.С. Комарова, А.Ж. Муфтахова и других авторов.
Наиболее важны при формировании процесса подтопления природные условия застраиваемых территорий: рельеф, литологический состав, фильтрационные свойства грунтов, характер инфильтрационного питания подземных вод.
Рельеф территории определяет условия стока ливневых и талых вод, поэтому существенно влияет на величину инфильтрационного питания подземных вод. Отсутствие систем регулирования поверхностного стока, слабая расчлененность рельефа, наличие депрессий, различного рода понижений и впадин создают благоприятные условия для накопления грунтовых вод.
Литологический состав грунтов существенно влияет на положение уровня и условий залегания грунтовых вод. Слабая водопроницаемость, фильтрационная анизотропия, неглубокое залегание водоупорных пород характерно для больщинства подтопленных территорий.
Слаборазвитая гидрографическая сеть затрудняет дренирование, а так же создает предпосылки к неглубокому залеганию подземных вод.
При строительстве и эксплуатации городской застройки режим грунтовых вод меняется. Происходит нарушение естественных условий стока ливневых и талых вод (засыпка оврагов, мелких речных долин), уменьщение испарения и транспирации влаги вследствие асфальтирования территории и ликвидации растительного покрова. По данным УКНИПИ и ПНИИИС [74], в 30 % случаев подтопления городов Украины основной причиной явилось отсутствие или неэффективная работа дождевой канализации, маганизирование сточных и атмосферных вод, вследствие чего ливневые и талые воды поступают в грунт.
Уплотнение грунтов при строительстве и ухудшение их фильтрационных свойств осложняет условия подземного стока. Подпор грунтовых вод подземными частями сооружений и массивами искусственно закрепленных пород создает барражный эффект на пути естественного движения грунтовых вод в толще массива.
В большинстве исследований [6, 19 34] основным источником подтопления называют высокие потери воды из-за плохой эксплуатации и ветхости водных коммуникаций (напорных и самотечных трубопроводов, канализации, ливнеотводящей сети), достигающие 15-38 % (как в агломерациях Центральной России).
Техногенное подтопление особенно опасно, потому что оно вызывает или провоцирует возникновение оползней, карста, суффозии, заболачивание. В глинистых грунтах повышение влажности приводит к морозному пучению, явлению набухания-усадки, увеличению тиксотропных свойств, плывунности; в лессовидных грунтах - к просадкам. Подтопление в сейсмических районах повышает силу землетрясения.
Негативное воздействие подтопления сказывается на изменении геотехнических свойств грунтов оснований. Обводнение массива грунтов вызывает разуплотнение их пылеватых и глинистых разностей, изменение напряженного состояния массива грунтов. При этом происходит нарушение структурных и коллоидных связей в грунте, снижение его прочности и дополнительная осадка под нагрузкой. В результате происходит неравномерная осадка зданий и сооружений, деформации строительных конструкций вследствие снижения несущей способности грунтов [34,103].
Утечки техногенных вод приводят к изменению химического состава подземных вод. Чаще всего, в пределах городских территорий и промышленных зон повышается минерализация, увеличивается пестрота ионного состава, происходит загрязнение грунтовых вод тяжелыми металлами, нефтепродуктами, хлоридами, соединениями серы, пестицидами, а в ряде случаев и радионуклидами в результате утечки сточных вод из канализационных сетей, инфильтрации атмосферных осадков в местах складирования промышленных и бытовых отходов [24]. Изменение химического состава повышает агрессивность подземных вод по отношению к материалам конструкций, а также коррозионную активность грунтов. В ряде промышленных центров формирование агрессивного типа вод требует ежегодной перекладки до 20-40 % всех коммуникаций, приходящих в негодность в результате коррозии [33].
Изменение влажностного и температурного режима в подвальных и заглубленных помещениях ведет к ухудшению санитарно-эпидемиологических условий, что напрямую сказывается на здоровье людей.
Эти последствия изменений водного режима урбанизированных территорий приносят значительный материальный и экологический ущерб городскому хозяйству, ибо снижается долговечность зданий, сооружений, коммуникаций, возникает необходимость их преждевременного ремонта.
Подтопление городских территорий вызывает необходимость их дренирования.
Вопросы дренирования городских территорий отражены в работах многих авторов. Основополагающие исследования проведены С.К. Абрамовым, Г.И. Клиориной, Б.М. Дегтяревым, А.В. Поляковым, В работах рассмотрены способы защиты подтопленных территорий, описаны конструкции и системы подземных дренажей, методы их проектирования и расчета, приводится анализ эффективности работы.
Дренажи подразделяют по назначению, конструктивному решению, степени гидродинамического совершенства, расположению относительно защищаемой территории и источника питания. В зависимости от конструкции элементов захвата грунтовых вод дренажи подразделяют на горизонтальные, вертикальные, комбинированные.
Инженерно-гидрогеологическое обоснование защитных дренажных мероприятий выполняется проведением оценки техногенных условий подтопления застроенных городских территорий в сочетании с естественными геоморфологическими, инженерно-геологическими, гидрогеологическими и другими условиями.
Гидрогеологические расчеты дренажей
Вопросы гидрогеологических расчетов дренажей различных систем и типов подробно рассмотрены в специальной литературе [10, 13, 128, 1, 61, 8, 33, 89 и др.]
При анализе литературы выявлено, что для выполнения фильтрационных расчетов дренажных систем в настоящее время имеется несколько методов. Основные из них: метод аналогов, аналогового моделирования, численные методы с использованием программ для расчетов на ЭВМ, аналитические методы. Каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки.
Метод аналогов основан на сопоставлении природных и хозяйственных условий объекта, на котором проектируется дренаж, с известным аналогом данному объекту, где дренаж уже работает [111].
Метод аналогового моделирования основан на рассмотрении закономерностей фильтрации посредством решения задач электрического поля, описываемых аналогичными дифференциальными уравнениями путем представления их в конечно-разностном виде [128, 13, 10 идр.].
Численные решения фильтрационных задач на ЭВМ используют конечно-разностные аппроксимации исходных дифференциальных уравнений.
Аналитические методы основаны на решении дифференциальных уравнений фильтрации [89,33, 1, 81, 18, 87 и др.]. Краевые условия при этих решениях выбираются по типовым схемам, к которым приводятся реальные геоло-го-литологические и гидрогеологические условия.
Нами был выбран аналитический метод расчета дренажных систем как наиболее оперативный и обладающий возможностями выполнения инженерных расчетов без трудоемкой подготовки модели и исходных данных для нее.
При расчетах была произведена геоморфологическая, гидрологическая, гидрогеологическая, геолого-литологическая оценка территории, анализ архи 53 тектурно-планировочнои структуры, тип водного питания, граничные условия и фильтрационные нагрузки при инфильтрации и стороннем притоке.
Расчетная схема для каждого коллектора определяется граничными условиями дренируемого водоносного пласта, его гидравлическим состоянием, характером и степенью неоднородности водосодержащих пород.
Для практического расчета подземного дренажа граница области питания может быть заменена условной границей - радиусом депрессии дренажных устройств R[1].
Водосодержащие грунты на территории г. Пензы в основном анизотропны - представлены лессовидными суглинками и глинами с включением гравия, гальки и прослоев песка. Значения коэффициентов фильтрации и через средневзвешенные значения коэффициента фильтрации к2 к3 могут быть приведены к однородной по водопроницаемости толще [1, 18, 33 и др.]. Осреднение коэффициента фильтрации для анизотропной толщи произведена по формуле Каменского
Неоднородные в плане массивы грунтов, отдельные участки которых не резко отличны по водопроницаемости, могут быть приведены к однородному массиву через средневзвещенный его коэффициент фильтрации: где F\, F2, F$, F„ — площади итдельных хчастков, характеризующихся яазличными коэффициентами фильтрации; ки к2, к3, ... и- соответствующие им коэффициенты фильтрации.
Работа дренажа, применяемого в промышленном и гражданском строительстве, как правило, рассчитана на продолжительное время, поэтому при расчетах используется уравнение установившейся во времени фазы фильтрации подземных вод [33, 34, 89].
Для выбранного бассейна канализования, расположенного на территории района Арбеково (рис. 3.1) наиболее оптимальной является сочетание берегового несовершенного дренажа с двусторонним притоком, выполняющего функции дренажно-ливневого коллектора и дрены и несовершенного однолинейного дренажа, работающего как дрены-осушители и отводящие ливневые воды.
Водосодержащие грунты в районе Арбеково в основном анизотропны -по линии коллектора представлены аллювиальными глинами и суглинками с включением гравия, гальки и прослоев песка, а по сети уличных дрен - аллю-виально-флювиогляциальными лессовидными суглинками. При приведении водопроницаемой неоднородной толщи грунтов к условиям однородной среды и осреднении коэффициента фильтрации в пределах линии коллектора осред-ненное значение к- 0,35 м/сут, в пределах уличной сети - 0,71 м/сут.
Величина инфильтрационного питания в пределах города складывается в основном из инфильтрации осадков, характера подстилающих грунтов и притока поверхностных и техногенных вод. Техногенное питание образуется вследствие утечек воды из систем водоснабжения, канализации, тепловых сетей, от технологических циклов промышленных предприятий из резервуаров воды и жидких продуктов. Величину питания достаточно сложно определить, что связано с условиями прокладки сетей, качеством работ, амортизацией сети, сроком ее эксплуатации, а также произвольным характером утечек из сетей и производственных циклов, невозможностью учета аварийных ситуаций. За счет асфальтирования территории значительно повышается коэффициент поверхностного стока, что приводит к увеличению стока на застроенной территории примерно в 2-А раза. Согласно [33,34,35], интенсивность инфильтрации, мм/мин, при покрытии территории асфальтом или бетоном 0-0,05; на территориях, сложенных глиной 0,2-0,3; суглинками 0,5-0,6 и задернованными супесями - 1-2. В среднем инфильтрация в естественных условиях составляет 0,001-0,005 м/сут, поэтому приближенно можно считать, что инфильтрация на застроенной территории будет примерно в 3 раза меньше, т.е. от 3-Ю-4 до
Относительное превышение начальной и конечной точки коллектора составляет 0,0UUJ8 24yu м и,Уз м.
.Разность абсолютных отметок точек заложения и окончания коллектора составляет 27,5 м. При строительстве коллектора используется естественный уклон, который составляет 27,5 м : 2440 м = 0,0113 (1,3 %)
Принимая начальную глубину заложения основания коллектора 3,5 м, конечная глубина также составляет 3,5 м.
Схема расчета дренажа несовершенного типа с двусторонним притоком
К дренажно-ливневому коллектору примыкают дрены, проложенные по трассе улиц и проездов. В условиях свободной планировки города расстояние между дренами составляет 300-400 м (рис. 3.1).
Обводненные грунты слабопроницаемые, для эффективной работы площадного систематического дренажа расстояние между дренами по данным расчета не должно превышать 50-80 м. Эти условия исключают рассмотрение схемы расчета систематического дренажа. В этом случае следует принять схе 59 му расчета однолинейного дренажа совершенного типа с двусторонним притоком.
Приток воды на единицу длины дрены рассчитывается по формуле А.В. Романова (рис. 3.3).
Прогноз изменения взвешеннык веществ
В результате биохимического окисления происходит снижение концентрации первоначального вещества. Конечная величина концентрации кроме прочих факторов напрямую зависит от продолжительности процесса (рис. 5.3).
Для удаления из дренажно-ливневого и дренажно-талого стоков грубо-дисперсных частиц и плавающего мусора, прошедшего сквозь решетки дождеприемников, предназначены резервуары-отстойники. Под действием силы тяжести взвешенные вещества оседают на дно сооружения, плавающий мусор всплывает на его поверхность.
В связи с тем, что основная часть неконсервативных примесей проходит очистку в водоотводящей сети и коллекторе, приток стоков постоянный, наиболее рациональным является горизонтальный резервуар-отстойник проточного типа.
При подключении схемы весь расход сточных вод подводится к резервуару-отстойнику через резервуар-успокоитель и отводом через колодец -опорожнением резервуара (рис. 5.4).
Резервуар-успокоитель необходим для гашения колебаний, вызываемых сосредоточенным стоком; препятствия взмучивания донных отложений, для осаждения наиболее крупных частиц; исключения влияния притока дренажных вод при откачке накопившегося осадка. Параметры резервуара зависят от содержания взвешенных частиц в стоке и определяются шириной, глубиной, длиной резервуара, заглублением водосливного колодца. От значений параметров зависят рабочая скорость и гидромеханические характеристики потока. Все параметры взаимосвязаны друг с другом. Концентрация взвешенных веществ изменяется в зависимости от расхода ливневых и талых вод, разбавления их дренажными водами.
Концентрация взвешенных веществ изменяется в зависимости от расхода ливневых и талых вод, разбавления их дренажными водами.
Параметры отстойника должны обеспечить максимальное осветление стока. Задача оптимального выбора параметров резервуара состоит в обеспечении максимальной экологической безопасности поверхностных водоемов при минимальных размерах.
Математическая формулировка задачи - найти среди значений параметров резервуара такие оптимальные величины, чтобы
Оптимальные размеры можно рассчитать, последовательно задавая функции определяющих значений и решая оптимизационную задачу Лагран-жа.
Ширина резервуара и рабочая скорость потока зависит от расхода поступающего стока, глубины резервуара и определяется выражением
Расход стоков изменяется от 4,8 м /сек в максимальном дренажно-ливневом стоке до 1,3 м3/сек в дренажном стоке. Максимальная концентрация взвешенного вещества наблюдается при максимальном дренажно-ливневом стоке, поэтому для достижения наибольшего экологического эффекта при определении оптимального значения ширины В и скорости рабочего потока и, принимаем максимальный расход сточных вод.
Глубину резервуара по рекомендации [102] принимаем Н= 4 м.
Длина резервуара отстойника зависит от гидромеханических параметров потока, концентрации взвешенных частиц в стоке, величины осветляемого слоя. Концентрация взвешенных веществ, поступающих в отстойник, в зависимости от расхода ливневого стока, разбавления и первоначальной концентрации частиц в ливневом стоке (табл. 5.4).
В теплое время года, исключая максимальный расход, наибольшая концентрация взвешенных веществ наблюдается в июле, наименьшая - в апреле.
При определении оптимальной длины резервуара исходим из того, что осветление дренажно-ливневого и дренажно-талого стоков возможно до достижения экологически безопасного предела (ПДК) и до необходимых концентраций, пропорционально соответствующих концентрации неконсервативных веществ в очищенных стоках. Концентрация взвешенного вещества при одном и том же расходе дренажно-ливневого или дренажно-талого стока может изменяться от максимальных до минимальных значений.
Осаждение взвешенных частиц зависит от свойств частиц и от условий их осаждения. По данным исследования ЦНИИКИВР в Минске [76], эффект осаждения за один промежуток времени в различных водосборах или в условиях одного водосбора в разных ливневых стоках наблюдался в пределах 50-90 %. Это связано с различием в составе твердого стока поверхностных сточных вод.
Фракционный состав консервативных примесей, содержащихся в атмосферных водах, непостоянен как в течение одного дождя, так и в пробах, взятых при выпадении различных дождей. В табл. 5.5 приведен фракционный состав взвешенных веществ в нескольких пробах дождевого стока по исследованиям ЛНИИ АКХ.
Осредненный гранулометрический состав взвешенных веществ, по данным тех же исследователей представлен в виде интегрального графика (рис. 5.7).
Как видно из графика и из табл. 5.5, взвешенные вещества в поверхностном стоке представлены в основном мелкодисперсными частицами.
Размер взвешенных частиц стока определяет скорость их осаждения в резервуаре. В ливневом стоке, по М.В. Молокову и В.Н. Шифрину, распределение взвешенных частиц по гидравлической крупности характеризуется данными, представленными в табл. 5.6.
Экологическое обоснование системы
Процесс самоочищения сточных дренажно-ливневых вод носит вероятностный характер, поэтому для оценки экологической безопасности системы использован коэффициент экологической эффективности кэГ где Cj - расчетная концентрация загрязняющего вещества, мг/л; Со-начальная концентрация вещества, мг/л; ПДК/ - предельно-допустимая концентрация того же вещества, мг/л.
Анализ зависимости показывает, чем менее загрязнены поверхностные воды (С,-»- 0), тем больше коэффициент экологической безопасности (кэ - 1) и наоборот, чем больше загрязняющих веществ содержится в стоках, тем меньше коэффициент экологической безопасности.
При самоочищении стоков до ПДК, кэ достигает максимальных значений, и чем выше начальная концентрация загрязняющих веществ, тем больше коэффициент экологической безопасности.
На рис. 6.1 приведены графики, где показана экологическая эффективность системы для исследуемых веществ.
Близкие к 1 значение кэ на выходе из зистемы (0,94 - для максимального дренажно-ливневого стока, 0,98 - для минимального дренажно-ливневого стока и 0,99 - для дренажно-талого стока свидетельствуют о высокой самоочисамоочищении стоков. Резкое изменение к3 в вределах хтстойника ароисходит за счет снижения концентрации взвешенных веществ.
При сбросе воды из отстойника-резервуара в природный водоем больщое значение имеет общее качество стоков, содержащих комплекс вредных веществ. Все вредные вещества по характеру своего воздействия подразделяются на классы опасности или лимитирующие признаки вредности (ЛПВ). Вещество относят к тому признаку вредности, в котором его действие проявляется в минимальной концентрации. Вещества одного ЛПВ проявляют взаимодополняющее действие, т.е. общее воздействие нескольких веществ одного ЛПВ, содержащихся в предельно допустимой концентрации каждое, будет таким же, как если бы какое-нибудь из них, присутствуя в воде в единственном числе, содержалось в нескольких ПДК.
Анализ коэффициента экологической безопасности э проведен по трем ЛПВ - общесанитарному (рН, БПКб, фосфаты, цинк), органолептическому (взвешенные вещества, сухой остаток, сульфаты, хлориды, медь, фенолы, железо), санитарно-токсикологическому (нитриты, нитраты, азот аммония, никель) в зависимости от отношения ХС ПДК,- (рис. 6.2 - а, б, в).
Изменение качества воды происходит в основном, за счет самоочищения стоков, входящих в общесанитарный (за счет снижения концентрации БПК5) и органолептический ЛПВ (взвешенных веществ, нефтепродуктов и фенолов).
Высокий показатель кэ - от 0,85 до 0,9 для веществ, входящих в общесанитарный ЛПВ свидетельствует о высокой степени самоочищения стоков в пределах уличной сети и коллектора, снижение концентрации в отстойнике идет за счет сорбции БПК5. Качество стоков по отношению к ПДК изменяется от 9,8-8,4 до 1,3-0,8, т.е. за исключением максимального дренажно-ливневого стока, на выходе из отстойника вода удовлетворяет нормам качества по общесанитарному ЛПВ.
Изменение э Для веществ, входящих в органолептический ЛПВ, происходит, в основном, за счет осветления взвешенных веществ в резервуаре-отстойнике. Значения кэ изменяются от О до 0,7-0,9. На изменение кэ до 0,7 в дренажно-ливневых стоках оказывает влияние суммирующее воздействие других веществ, входящих в органолептический ЛПВ, повышение показателя до 0,9 в дренажно-ливневом стоке происходит в основном за счет высокого первоначального содержания взвешенных веществ и высокой степени их осветления в резервуаре-отстойнике.
ХПДК органолептического ЛПВ изменяется от 1,45-3,0 на входе в систему до 0,1-0,9 на выходе, что свидетельствует об удовлетворительном качестве воды на выходе из отстойника.
Показатель кэ для веществ, входящих в токсикологический ЛПВ, относительно невысок - на выходе из отстойника кэ = 0,28-0,57 при ЩЦК на выходе 0,25-0,33. В данном случае такие значения свидетельствуют о суммирующих низких первоначальных концентрациях загрязняющих веществ, входящих в токсикологический ЛПВ (0,6-0,46 ПДК).
