Стольберг Ф.В. Экология города (урбоэкология)

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 3. Водная среда города

При наличии в подземных водах сверхнормативных концентраций желе-

за или фтора следует оборудовать скважины обезжелезивающей или обесфто-

ривающей установкой.

В целях повышения надежности работы локальных водозаборов необхо-

димо предусмотреть запасные системы автономного энергообеспечения —

дизельные электростанции, а также запасные накопительные емкости.

Экономические расчеты показывают, что в условиях плотной жилой за-

стройки даже при глубине водозаборной скважины 800 м затраты на строи-

тельство бювета при отпускной цене на воду 5 коп. за литр окупятся за 2—2,5

года, а прибыль при последующей эксплуатации одного бювета будет превы-

шать 350 тыс. грн. в год.

Технология децентрализованного питьевого водоснабжения имеет следу-

ющие преимущества:

• появляется независимая, надежно защищенная система питьевого водо-

снабжения на случай аварий и других чрезвычайных ситуаций;

• повышается надежность системы питьевого обеспечения, так как при

выходе из строя одного источника население может пользоваться сосед-

ними;

• экономно расходуется артезианская вода высокого питьевого качества,

запасы которой ограничены.

• для питьевых целей используется вода, требующая меньших, по сравне-

нию с поверхностными водоисточниками, затрат на ее подготовку;

• питьевая вода, разбираемая населением в бюветах, на порядок дешевле

бутилированной.

Необходимо подчеркнуть, что рассмотренные варианты децентрализован-

ного водоснабжения являются лишь дополнением к централизованным сис-

темам водоснабжения городов и предлагают альтернативный источник каче-

ственной питьевой воды, что повышает устойчивость системы жизнеобеспе-

чения в кризисных ситуациях.

3.2.3. Рациональное использование водных ресурсов

Хотя водные ресурсы относятся к категории возобновляемых, их интен-

сивное использование в отдельных районах и на некоторых производствах

нередко неоправданно завышено, что приводит к возникновению их дефи-

цита и, как следствие, тормозит экономическое и социальное развитие дан-

ной территории. Практически во всех видах водопотребления имеются сущест-

венные резервы экономии водных ресурсов. Особенно велики они в про-

мышленности. Для большинства промышленных производств требования к

качеству используемой воды значительно менее жесткие, чем к составу вод,

подлежащих сбросу в водный объект или в городскую систему водоотведе-

ния. Поэтому производственные сточные воды гораздо выгоднее направлять

на повторное использование в системах оборотного и последовательного водо-

Экология города

снабжения, чем подвергать очистке, удовлетворяющей условиям сброса.

В системах оборотного водоснабжения вода, использованная в технологичес-

ком процессе, после соответствующей обработки многократно используется

для производственных нужд. В системах последовательного водоснабжения

вода, использованная в одном технологическом процессе, после обработки

или без таковой направляется для использования в другом технологическом

процессе или на другом производстве. Обработка воды обеспечивает поддер-

жание ее свойств в соответствии с требованиями конкретного технологичес-

кого процесса, что достигается охлаждением или очисткой от излишнего со-

держания взвешенных веществ или плавающих примесей, повышенной ми-

нерализации и т.д. Наибольшее распространение оборотные системы

водоснабжения получили в теплообменных циклах, где технологическая вода

используется для отведения излишнего тепла от работающих агрегатов, после

чего сама подается на охлаждение. Охлаждение воды происходит в градирнях

(рис. 3.3) или в брызгальных бассейнах (рис. 3.4). В процессе охлаждения

2—3% воды испаряется или разбрызгивается. Кроме того, из-за негерметич-

ности теплообменной или водопроводной сети имеют место утечки воды.

Поэтому оборотные системы должны постоянно пополняться свежей водой.

За счет испарения в оборотном цикле возрастают минерализация и жесткость

воды, что приводит к отложению солей (карбонатов кальция и магния) на

стенках теплообменной аппаратуры и водопроводных труб. Для снижения

минерализации и жесткости воды в оборотной системе часть технологичес-

кой воды (8—10%) периодически заменяют свежей. Этот процесс называется

продувочным циклом. Для повторного использования технологической воды,

которая имела контакт с сырьем или готовой продукцией, ее подвергают очи-

стке в соответствии с требованиями технологического процесса. Оборотное

водоснабжение позволяет в десятки раз уменьшить потребление свежей воды.

Так, например, в производстве синтетического каучука при прямоточной

системе водоснабжения на каждую тонну продукции расходуется 2100 м

воды,

при оборотной системе добавка свежей воды составляет 165 м

на 1 т каучука.

1 — нагретая вода; 2 — подача воздуха; 3 — охлажденная вода

Раздел 3. Водная среда города

5 6

Рис. 3.4. Брызгальный бассейн:

1 — бассейн с охлажденной водой; 2 — водозабор; 3 — здание насосной; 4 — насос;

5 — запасной бак; 6 — конденсатор; 7 — трубопровод нагретой воды; 8 — фонтаны

Эффективность использования воды в производстве оценивается:

Q ~ Q

коэффициентом использования воды К = — _

• 100%;

Qo6

коэффициентом водооборота К

об

= „ • 100%;

Q - Q

безвозвратными потерями воды К

= г\ + А ' 100%,

где Q — расход свежей воды, забираемой из источника водоснабжения,

/сут.; Q

— расход сбросной воды, м

/сут.; Q

— расход оборотной систе-

мы водоснабжения, м

/сут.

Во многих технологических процессах и производствах созданы замкну-

тые системы водоснабжения, исключающие сброс сточных вод. В состав зам-

кнутых систем водоснабжения входят сооружения для очистки технологичес-

кой воды, обеспечивающие поддержание ее состава и свойств в соответствии

с требованиями данного технологического процесса.

Для преодоления нарастающего дефицита водных ресурсов, а также с

целью уменьшения платы за забор воды создаются замкнутые системы вод-

ного хозяйства промышленных узлов и территориально-промышленных ком-

плексов (рис. 3.5). Пополнение безвозвратных потерь воды в замкнутых сис-

темах производится из водных объектов или за счет использования очищен-

ных сточных, дождевых и талых вод. Последние особенно предпочтительны

благодаря их низкой минерализации.

Экология города

Рис. 3.5. Замкнутая система водного хозяйства:

1 — водный объект; 2 — водозабор; 3 — водоподготовка питьевой воды; 4 — водопровод;

5 — жилой массив; 6 — коллектор хозяйственно-бытовых сточных вод; 7 — сооружения

механической очистки сточных вод; 8 — сооружения биологической очистки; 9 — земле-

дельческие поля орошения с подземными коллекторами; 10 — метантенки; 11 — подача

ила на земледельческие поля орошения; 12 — промышленные предприятия; 13 — коллек-

тор производственных сточных вод; 14 — повторное использование сточных вод; 15 —

сброс оросительных вод; 16 — накопитель оросительных вод; 17 — повторное использо-

вание оросительных вод

3.3. Оценка состояния водных объектов

Разнообразие видов водопользования порождает и разнообразие требо-

ваний к воде. Исходя из этого, понятие качества воды должно быть увязано

с ее использованием.

Согласно Водному кодексу Украины качество воды есть характеристи-

ка состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретного

вида водопользования.

3.3.1. Показатели качества воды

Поскольку не существует единого показателя, который характеризовал

бы весь комплекс характеристик воды, оценка качества воды ведется на ос-

нове системы показателей. Показатели качества воды делятся на физические,

бактериологические, гидробиологические и химические. Другой формой клас-

Раздел 3. Водная среда города

сификации показателей качества воды является их разделение на общие и

специфические. К общим относят показатели, характерные для любых вод-

ных объектов. Присутствие в воде специфических показателей обусловлено

местными природными условиями, а также особенностями антропогенного

воздействия на водный объект.

К основным физическим показателям качества воды относятся:

Температура воды. В водных объектах температура является результатом

одновременного действия солнечной радиации, теплообмена с атмосферой,

переноса тепла течениями, перемешивания водных масс и поступления по-

догретых вод из внешних источников. Температура влияет практически на

все процессы, от которых зависят состав и свойства воды. Температура воды

измеряется в градусах Цельсия (°С).

Запах. Запах воды создается специфическими веществами, поступающи-

ми в воду в результате жизнедеятельности гидробионтов, разложения орга-

нических веществ, химического взаимодействия содержащихся в воде ком-

понентов и поступления из внешних (аллохтонных) источников. Запах воды

измеряется в баллах.

Прозрачность. Прозрачность воды зависит от степени рассеивания сол-

нечного света в воде веществами органического и минерального происхожде-

ния, находящимися в воде во взвешенном и коллоидном состоянии. Про-

зрачность определяет протекание биохимических процессов, требующих ос-

вещенности (первичное продуцирование, фотолиз). Прозрачность измеряется

в сантиметрах.

Цветность. Цветность воды обусловливается содержанием органичес-

ких окрашенных соединений. Вещества, определяющие окраску воды, по-

ступают в воду вследствие выветривания горных пород, внутриводоемных

продукционных процессов, с подземным стоком, из антропогенных ис-

точников. Высокая цветность снижает органолептические свойства воды,

уменьшает содержание растворенного кислорода. Цветность измеряется в

градусах.

Содержание взвешенных веществ. Источниками взвешенных веществ мо-

гут служить процессы эрозии почв и горных пород, взмучивание донных от-

ложений, продукты метаболизма и разложения гидробионтов, продукты хи-

мических реакций и антропогенные источники. Взвешенные вещества влия-

ют на глубину проникновения солнечного света, ухудшают жизнедеятельность

гидробионтов, приводят к заиливанию водных объектов, вызывая их эколо-

гическое старение (эвтрофирование). Содержание взвешенных веществ из-

меряется в г/м

(мг/л).

Бактериологические показатели характеризуют загрязненность воды пато-

генными микроорганизмами. К числу важнейших бактериологических пока-

зателей относят: коли-индекс — количество кишечных палочек в одном лит-

ре воды; коли-титр — количество воды в миллилитрах, в котором может быть

обнаружена одна кишечная палочка; численность лактозоположительных

кишечных палочек; численность колифагов.

Экология города

Гидробиологические показатели дают возможность оценить качество воды

по животному населению и растительности водоемов. Изменение видового

состава водных экосистем может происходить при столь слабом загрязне-

нии водных объектов, которое не обнаруживается никакими другими мето-

дами. Поэтому гидробиологические показатели являются наиболее чувстви-

тельными. Существует несколько подходов к гидробиологической оценке

качества воды.

Оценка качества воды по уровню сапробности. Сапробность — это степень

насыщения воды органическими веществами. В соответствии с этим подхо-

дом водные объекты (или их участки) в зависимости от содержания органи-

ческих веществ подразделяют на полисапробные, а-мезосапробные, (3-мезо-

сапробные и олигосапробные. Наиболее загрязненными являются полиса-

пробные водные объекты. Каждому уровню сапробности соответствует свой

набор индикаторных организмов-сапробионтов. На основе индикаторной зна-

чимости организмов и их количества вычисляют индекс сапробности, по ко-

торому определяется уровень сапробности.

Оценка качества воды по видовому разнообразию организмов. С увеличением

степени загрязненности водных объектов видовое разнообразие, как правило,

снижается. Поэтому изменение видового разнообразия является показателем

изменения качества воды. Оценку видового разнообразия осуществляют на

основе индексов разнообразия (индексы Маргалефа, Шеннона и др.).

Оценка качества воды по функциональным характеристикам водного объек-

та. В этом случае о качестве воды судят по величине первичной продукции,

интенсивности деструкции и некоторым другим показателям.

Физические, бактериологические и гидробиологические показатели относят

к общим показателям качества воды.

Химические показатели могут быть общими и специфическими. К числу

общих химических показателей качества воды относят:

Растворенный кислород. Основными источниками поступления кислоро-

да в водные объекты является газообмен с атмосферой (атмосферная реаэра-

ция), фотосинтез, а также дождевые и талые воды, которые, как правило,

перенасыщены кислородом. Окислительные реакции являются основными

источниками энергии для большинства гидробионтов. Основными потреби-

телями растворенного кислорода являются процессы дыхания гидробионтов

и окисления органических веществ. Низкое содержание растворенного кис-

лорода (анаэробные условия) сказывается на всем комплексе биохимических

и экологических процессов в водном объекте.

Химическое потребление кислорода (ХПК). ХПК определяется как количе-

ство кислорода, необходимого для химического окисления содержащихся в

единице объема воды органических и минеральных Йеществ. При определе-

нии ХПК в воду добавляется окислитель — бихромат калия. Величина ХПК

позволяет судить о загрязнении воды окисляемыми веществами, но не дает

информации о составе загрязнения. Поэтому ХПК относят к обобщенным

показателям.

Раздел 3. Водная среда города

Биохимическое потребление кислорода (БПК). БПК определяется как коли-

чество кислорода, затрачиваемое на биохимическое окисление содержащихся

в единице объема воды органических веществ за определенный период време-

ни. В Украине на практике БПК оценивают за пять суток (БПК

) и двадцать

суток (БПК

). БПК

обычно трактуют как полное БПК (БПК

пош

), признаком

которого является начало процессов нитрификации в пробе воды. БПК также

относится к обобщенным показателям, поскольку оно служит оценкой общего

загрязнения воды легкоокисляемыми органическими веществами.

Водородный показатель (рН). В природных водах концентрация ионов

водорода зависит, главным образом, от соотношения концентраций угольной

кислоты и ее ионов. Источниками содержания ионов водорода в воде явля-

ются также гуминовые кислоты, присутствующие в кислых почвах и, особен-

но, в болотных водах, гидролиз солей тяжелых металлов. От рН зависит раз-

витие водных растений, характер протекания продукционных процессов.

Азот. Азот может находиться в природных водах в виде свободных моле-

кул N

И разнообразных соединений в растворенном, коллоидном или взве-

шенном состоянии. В общем азоте природных вод принято выделять органи-

ческую и минеральную формы. Основными источниками поступления азота

являются внутриводоемные процессы, газообмен с атмосферой, атмосфер-

ные осадки и антропогенные источники. Различные формы азота могут пере-

ходить одна в другую в процессе круговорота азота. Азот относится к числу

важнейших лимитирующих биогенных элементов. Высокое содержание азота

ускоряет процессы эвтрофирования водных объектов.

Фосфор. Фосфор в свободном состоянии в естественных условиях не

встречается. В природных водах фосфор находится в виде органических и

неорганических соединений. Основная масса фосфора находится во взве-

шенном состоянии. Соединения фосфора поступают в воду в результате внут-

риводоемных процессов, выветривания и растворения горных пород, обмена

с донными отложениями и из антропогенных источников. На содержание

различных форм фосфора оказывают влияние процессы его круговорота.

В отличие от азота круговорот фосфора несбалансирован, что определяет его

более низкое содержание в воде.

Поэтому фосфор наиболее часто оказывается тем лимитирующим био-

генным элементом, содержание которого определяет характер продукцион-

ных процессов в водных объектах.

Минеральный состав. Минеральный состав определяется по суммарному

содержанию семи главных ионов: К

, Na

, Са

, Mg

, Cl~, S0

", НС0

\ Ос-

новными источниками повышения минерализации являются грунтовые и

сточные воды. С точки зрения воздействия на человека и гидробионты не-

благоприятными являются как высокие, так и чрезмерно низкие показатели

минерализации воды.

К наиболее часто встречающимся специфическим показателям качества

воды относят:

Фенолы. Содержание фенолов в воде, наряду с поступлением из антро-

погенных источников, может определяться метаболизмом гидробионтов и

Экология города

биохимической трансформацией органических веществ. Источником поступ-

ления фенолов являются гуминовые вещества, образующиеся в почвах и тор-

фяниках. Фенолы оказывают токсическое воздействие на гидробионты и ухуд-

шают органолептические свойства воды.

Нефтепродукты. К нефтепродуктам относятся топлива, масла, битумы и

некоторые другие продукты, представляющие собой смесь углеводородов раз-

личных классов. Источниками поступления нефтепродуктов являются утечки

при их добыче, переработке и транспортировке, а также сточные воды. Незна-

чительное количество нефтепродуктов может выделяться в результате внутри-

водоемных процессов. Входящие в состав нефтепродуктов углеводороды ока-

зывают токсическое и, в некоторой степени, наркотическое воздействие на

живые организмы, поражая сердечно-сосудистую и нервную системы.

ПАВ и СПАВ. К поверхностно-активным веществам (ПАВ) относят орга-

нические вещества, обладающие резко выраженной способностью к адсорб-

ции на поверхности раздела "воздух-жидкость". В подавляющем большин-

стве попадающие в воду поверхностно-активные вещества являются синте-

тическими (СПАВ). СПАВ оказывают токсическое воздействие на гидробионты

и человека, ухудшают газообмен водного объекта с атмосферой, снижают

интенсивность внутриводоемных процессов, ухудшают органолептические

свойства воды. СПАВ относятся к медленно разлагающимся веществам.

Пестициды. Под пестицидами понимают большую группу искусственных

хлорорганических и фосфорорганических веществ, применяемых для борьбы

с сорняками, насекомыми и грызунами. Основным источником их поступле-

ния является поверхностный и дренажный сток с сельскохозяйственных тер-

риторий. Пестициды обладают токсическим, мутагенным и кумулятивным

действием, разрушаются медленно.

Тяжелые металлы. К числу наиболее распространенных тяжелых метал-

лов относятся свинец, медь, цинк. Тяжелые металлы обладают мутагенным и

токсическим действием, резко снижают интенсивность биохимических про-

цессов в водных объектах.

Химические показатели измеряются в г/м

, мг/дм

(мг/л).

3.3.2. Методика оценки качества воды

В соответствии с Водным кодексом Украины оценка качества воды осу-

ществляется на основе нормативов экологической безопасности водопользо-

вания и экологических нормативов качества воды водных объектов.

Оценка качества воды на основе нормативов экологической безопасности

водопользования. Действующие нормативы позволяют оценить качество воды,

используемой для коммунально-бытового, хозяйственно-питьевого и рыбо-

хозяйственного водопользования. *

К коммунально-бытовому водопользованию относится использование вод-

ных объектов для купания, занятия спортом и отдыха. К хозяйственно-пи-

тьевому водопользованию относится использование водных объектов в ка-

честве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения и для водоснаб-

Раздел 3. Водная среда города

жения предприятий пищевой промышленности. К рыбохозяйственному во-

допользованию относится использование водных объектов в качестве среды

обитания рыб и других водных организмов. Водные объекты рыбохозяй-

ственного наз^чения подразделяются на высшую, первую и вторую катего-

рии. Разные участки одного водного объекта могут относиться к различным

категориям водопользования.

Нормативную базу оценки качества воды составляют общие требования к

составу и свойствам воды и значения предельно допустимых концентраций

веществ в воде водных объектов.

Общие требования определяют допустимые состав и свойства воды, оце-

ниваемые наиболее важными физическими, бактериологическими и обоб-

щенными химическими показателями. Они могут задаваться в виде конкрет-

ной величины, изменения величины показателя в результате воздействия

внешних факторов или в виде качественной характеристики показателя.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) — это установленный уровень

концентрации веществ в воде, выше которого вода считается непригодной

для конкретного вида водопользования. ПДК, как правило, задаются в виде

конкретного значения концентрации.

Все вещества по характеру своего отрицательного воздействия делятся

на группы. Каждая группа объединяет вещества одинакового признака дей-

ствия, который называют признаком вредности. Одно и то же вещество при

различных концентрациях может проявлять различные признаки вреднос-

ти. Признак вредности, который проявляется при наименьшей концентра-

ции вещества, называют лимитирующим признаком вредности (ЛПВ). В вод-

ных объектах коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водополь-

зования различают три ЛПВ — органолептический, общесанитарный и

санитарно-токсикологический. В водных объектах рыбохозяйственного во-

допользования, кроме названных, выделяют еще два ЛПВ — токсикологи-

ческий и рыбохозяйственный.

При оценке качества воды в водоемах коммунально-бытового и хозяй-

ственно-питьевого водопользования учитывают также класс опасности веще-

ства. Его определяют в зависимости от токсичности, кумулятивности, мута-

генности и ЛПВ вещества. Различают четыре класса опасности веществ: пер-

вый — чрезвычайно опасные; второй — высокоопасные; третий — опасные;

четвертый — умеренно опасные.

При оценке качества воды учитывается принцип аддитивности — одно-

направленного действия. В соответствии с этим принципом принадлежность

нескольких веществ к одному и тому же ЛПВ проявляется в суммировании

их негативного воздействия.

С учетом сказанного оценка качества воды с точки зрения экологической

безопасности водопользования производится по следующей методике.

Водные объекты считаются пригодными для коммунально-бытового и

хозяйственно-питьевого водопользования, если одновременно выполняются

следующие условия:

Экология города

• не нарушаются общие требования к составу и свойствам воды для соот-

ветствующей категории водопользования;

• для веществ, принадлежащих к третьему и четвертому классам опаснос-

ти, выполняется условие:

С < ПДК,

где С — концентрация вещества в водном объекте, г/м

;

• для веществ, принадлежащих к первому и второму классам опасности,

выполняется условие:

где С и ПДК. соответственно концентрация и ПДК i-ro вещества первого

или второго класса опасности.

Водные объекты считаются пригодными для рыбохозяйственного водо-

пользования, если одновременно выполняются следующие условия:

• не нарушены общие требования к составу и свойствам воды для соот-

ветствующей рыбохозяйственной категории;

• для веществ, принадлежащих к одинаковому ЛПВ, выполняется условие:

где С. и ПДК

соответственно концентрация и ПДК /-го вещества, при-

надлежащего к данному ЛПВ.

Нормы качества воды должны выполняться:

• для водотоков коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водо-

пользования — на участках от пункта водопользования до контрольно-

го створа, расположенного на расстоянии не менее одного километра

выше по течению от этого пункта водопользования;

• для водоемов коммунально-бытового и хозяйственно-питьевого водо-

пользования — на акватории в радиусе не менее одного километра от

пункта водопользования;

• для водотоков рыбохозяйственного водопользования — в пределах всего

рыбохозяйственного участка водотока, начиная с контрольного створа,

расположенного не далее 500 метров ниже по течению от источника

поступления примесей;

• для водоемов рыбохозяйственного назначения — на всем рыбохозяй-

ственном участке, начиная с контрольного пункта, расположенного в

радиусе не более 500 м от места поступления примеси.

Оценка качества воды на основе экологических нормативов. Экологичес-

кие нормативы качества воды устанавливаются для оценки состояния водных

объектов на основе экологической классификации поверхностных вод.