Необходимость и возможность расчистки русла р. Упа

На основе проведенных нами исследований качества и распределения донных отложений по руслу, их свойств, наличия в них тяжелых металлов, исследования их биологических свойств сделан неоднозначный вывод о необходимости возможности расчистки русла р. Упы. На основе экспериментальных за процессом взмучивания и скорости оседания ила определены участки первоочереднй очистки; предложена техника и технология очистки.

Ранее проведенные нами исследования распределения донных отложений по руслу, их свойств, наличия в них тяжелых металлов, исследования их биологических свойств бы дают однозначный ответ о необходимости расчистки русла.

Основная особенность илов заключается в неоднородности их консистенции. Верхние слои грунтов представлены текучими и текучепластичными илами, ниже залегают более плотные до твердой консистенции. В этой зоне на границе вода - дно в придонном слое воды и в поверхностных слоях грунта живут организмы микробентоса. В трофическом отношении эта зона самая богатая в любом водоеме . Однако исследования показывают, что из всего многообразия гидробионтов в загрязненных тяжелыми металлами илах встречается только род группы жгутиковых. В сильно загрязненных илах совершенно не встречается животных организмов.

На основе оценки биохимической активности донных отложений установлено, что в зонах непосредственного влияния промстоков АК "Тулачермет" и завода стройматериалов восстановительные условия в илах особенно интенсивные. Именно на участках этих зон наблюдаются максимальные мощности слоев текучих и текучепластичных илов, и они содержат максимальное по сравнению с другими зонами количество тяжелых металлов. Биохимические тесты показывают, что процессы самоочищения реки практически не могут происходить из-за огромной массы токсичных веществ, накопленных в донных отложениях, поэтому очистку русла реки в необходимых местах рекомендуется выполнить механическим способом.

Расчистку илов в прибрежной зоне необходимо производить экскаватором, установленным на понтоне. Грунт из емкости экскаватора подается в специально оборудованную емкость, установленную рядом с понтоном. Из емкости грунт в виде пульпы насосом будет по шламопроводу подаваться к месту складирования.
В качестве понтона предлагается экскаваторный понтон ПСР 120.

Для подготовки грунтов, вынимаемых экскаватором для последующей перекачки по шламопроводу, используется специально построенная емкость. Конструкцию и оборудование этой емкости предлагается осуществить следующим образом. Сварная прямоугольная емкость из листового железа с размерами 2500 х 2500 мм и высотой 1800 мм в нижней части с обоих бортов делается пустотелой, т.е. к дну и бортам под углом привариваются листы железа. Этим устройством обеспечивается плавучесть емкости и сужается площадь дна в ее внутренней части. С торцов емкости на уровне 40 см от дна делаются отверстия. Одно отверстие необходимо для поступления в емкость речной воды. Вода необходима для разжижения поступающего из ковша экскаватора грунта. В другое отверстие, с противоположного торца, вставляется всасывающее устройство шламового насоса. Насосом разжиженная пульпа подается в шламопровод. Часть шламопровода от емкости до берега расположена на поверхности воды (плавучая), другая часть (основная) протягивается по берегу до места складирования илов. На емкость в верхней части устанавливается решетчатая крышка, через которую поступает грунт из ковша экскаватора.

Очистка русла от топляка и других тяжелых посторонних предметов производится с понтона подъемным краном.

Для очистки основного русла от токсичных донных отложений предлагается использовать малогабаритный эжекторный земснаряд ПМТ 100.

Грунтозаборное устройство земснаряда состоит из грунтозаборной рамы, эжектора и гидрорыхлителя, подача рабочей воды осуществляется центробежным насосом 200Д90 производительностью 540 м3/час при напоре 0,94 МПа.

Основным достоинством земснаряда с эжекторным рыхлителем по сравнению с механическим способом выемки ила в конкретных условиях является следующее. Так как в результате изысканий установлено, что очистке подлежат только текучие и текучепластичные слои донных отложений, то тугопластичные илы и нижележащие суглинки будут являться хорошим экраном для предотвращения фильтрации речных вод в подземные горизонты. Механический рыхлитель не дает гарантии сохранности тугопластичных илов или суглинков, т.к. он может регулироваться только на вынимаемую мощность слоя. А мощность текучих и текучепластичных илов варьирует по руслу реки в широком диапазоне от 0,10 до 1,5 - 2,0 м. Размывная способность эжекторного рыхлителя регулируется количеством и напором подаваемой рабочей воды. Настройка его на размыв грунтов необходимой категории твердости обеспечит сохранность защитного слоя независимо от мощности вынимаемого сверху слоя. При этом исключается необходимость контроля вынимаемой мощности слоя донных отложений.
Для очистки русла у выпусков сточных вод, где слежавшиеся шламы могут иметь высокие прочностные свойства, предлагается использовать плавучую универсальную машину УПМ - 2.

Транспортировка илов (вынимаемых русловых отложений) будет осуществляться по пульповоду от земснаряда до места временного их складирования на выбранных площадках намыва. Предполагаемая консистенция пульпы, т.е. отношение ил: вода, соответствует 1:8.
Практически двухгодичные наблюдения за илами, вынутыми из ковшевого водозабора р.Упы и помещенными на поверхности старого шламоотстойника, показали, что складируемые илы уплотняются и в течение сезона покрываются густым травяным покровом. Пыление с их поверхности не происходит. Лабораторные эксперименты полностью подтверждают этот факт.

Однако для расчетов площадей карт намыва и мероприятий по очистке воды, высвобождающейся из пульпы, необходимо определить динамику осаждения взвешенных частиц из надиловой жидкости и время седиментации активного ила после его подачи на карту намыва. Кроме того, при длительном (до 2-3 лет) хранении ила на временных площадках необходимо оценить взаимодействие системы "поверхностные воды - ил" , а также токсичность надиловой жидкости после растворения активных илов.

Анализ динамики оседания взвешенных частиц, образующихся при заборе ила из русла, необходим также для расчета фильтрующих установок в створе русла, ниже участков очистки. Для достоверности хода процесса оседания взвешенных частиц нами был выполнен полупромышленный эксперимент, подробно описанный ниже.

Нами совместно с тульским ВНИПИМом были выполнены соответствующие работы, позволившие решить следующие вопросы:

1. Оценка времени оседания взвешенных частиц после взмучивания илов в воде.

2. Оценка времени седиментации активного ила после его взмучивания.

3. Оценка растворимости солей тяжелых металлов, азота и фосфатов, содержащихся в ил ах, при активном воздействии на них воды.

4. Токсичность надиловой жидкости после растворения активных илов в воде.

Отбор проб для лабораторных исследований производился для каждого участка реки, с которого илы будут складироваться на отдельную площадку намыва.

Таких участков ТЭО выделено 3. На каждом участке пробы отбирались по трем профилям: в верхнем течении реки на участке, в среднем и нижнем. Пробы отбирались грунтоносом с интервалами по глубине, в соответствии с мощностью илов, подлежащих очистке. Дополнительно отбирались пробы ниже водовыпусков. Все отобранные с участка реки пробы объединялись, перемешивались, что соответствует их положению на площадках намыва. Из пробы отбиралась навеска около 1 кг, которая подвергалась лабораторным исследованиям. Номера проб соответствуют участкам очистки реки:

37-I участок от ж.д. депо АК "Тулачермет" до заводского моста через Упу.

38-II от заводского моста до Криволученского моста.

43-III - от Криволученского моста до ручья Щегловский. Дополнительно отобрана проба 6 с километрового участка р.Сежи выше водозабора АК "Тулачермет" по программе реконструкции Сеженского промводозабора.

Для оценки времени осаждения взвешенных частиц после взмучивания илов в воде при соотношении 1:2 и 1:8 бралась навеска илов и взмучивалась в воде до полного перемешивания. Активная часть илов (частицы с размером выше пелитовых) опускается на дно сосуда в неуплотненном состоянии. Оставшиеся во взвешенном состоянии пелитовые частицы составляют различное содержание в мг/л в надиловой жидкости.
При использовании упинской воды в соотношении ил : вода = 1:8 количество взвешенных после взмучивания (см. табл. 1). соответствовало: 1 -79300, II - 53000, III- 48800, 6 (Сежа) -34800 мг/л, фоновое значение в воде р. Упы - 50 мг/л. Через два часа отстоя количество взвешенных соответствовало: 1-160, II- 250, III- 250, 6 - 260 мг/л. Через 7 часов отстоя только проба 1 не достигла фонового значения.

Сравнивая результаты оседания взвешенных в опытах с дистиллированной водой при соотношении 1:2 ( см. табл.2) и с водой из р. Упы при соотношении 1:8 (табл.3.), следует отметить наибольшую динамику осаждения взвешенных в воде р. Упы.

Динамика осаждения взвешенных в лабораторном эксперименте с водой р. Упы соответствует динамике осаждения взвешенных частиц в р. Упе при проведении полупромышленного эксперимента. Сущность этого эксперимента заключалась в рыхлении и взмучивании донных отложений в р. Упе земснарядом в течение суток, определении содержания взвешенных у земснаряда, и с учетом скорости течения, ниже по течению р. Упы. В полупромышленном эксперименте содержание взвешенных достигло фонового уровня (выше земснаряда по течению) через 1,5 км, т.е. два часа движения воды от земснаряда.
Динамика осаждения взвешенных частиц в полупромышленном эксперименте приведена (рис. 1).

Различие между лабораторным и полупромышленным экспериментом заключается в многократном превышении содержания взвешенных частиц в первой пробе лабораторного эксперимента по отношению к полупромышленному (50000:273,6 = 182,0). Однако, соотношение содержания взвешенных в лабораторной пробе через 2 часа после взмучивания и в р. Упе через два часа - 1,5 км вниз по течению соответствуют как 240:18=13.3 мг/л. Отношение содержания взвешенных на начало эксперимента и через два часа после его начала в лабораторном эксперименте 50000:240=208, в полупромышленном 18=15,2.

Сравнение последних отношений показывает, что динамика оседания интенсивно взмученных илов на порядок выше, чем в р. Упе. Однако дальнейшее оседание взвешенных в лабораторном эксперименте 240:25 по среднему значению из 4 проб и по реке Упе 273,6 :18 близки по значению.

Результаты лабораторного и полупромышленного эксперимента совпадают довольно близко, что еще раз подтверждает незначительность
загрязнения р. Упы при очистке донных отложений земснарядом.

Для определения седиментационных свойств илов, т.е. оценки времени осаждения и уплотнения их после взмучивания брали определенную навеску ила и взмучивали его в воде в пропорции 1:2 и 1:8. Последнее соответствует соотношению ил-вода в пульпе, подаваемой по трубопроводу от земснаряда на намывные площадки. Эксперимент проводили с дистиллированной водой и водой из р.Упы. Оседание взмученного ила происходит непосредственно после окончания взмучивания. При этом образуется неуплотненный влагонасыщенный осадок.

Динамика его уплотнения в воде р. Упы примерно одинакова на первые 4 часа отстоя. На первый час илы уплотняются до 77-87 % своего естественного состояния. Через 5 часов пробы II и III достигают естественного состояния. В донных отложениях этих участков содержится высокая концентрация тяжелых металлов. В некоторых пробах содержася пелитовые частицы,.динамика их уплотнения ниже первых двух проб.
Таблицы 2 и 3 показывают время и динамику уплотнения , что будет происходить на картах намыва. Эти данные могут быть использованы для расчета площадей и объемов карт намыва.

Растворимость солей металлов, а также фосфора и азота определяется в надиловой жидкости через 2 часа после активного взмучивания илов (табл.4). Таким образом, можно с большой степенью уверенности заявить, что механическая очистка русла реки от загрязненных донных отложений позволяет улучшить ее экологическую обстановку. Однако, и это не менее важно, необходимо до минимума сократить сброс в реку неочищенных промышленных стоков.

Мы считаем, что кроме осуществления природоохранных мероприятий, принятых в продолжение ранее существовавшей программы, на срок до 2003 года, необходимо прекратить выпуски золы, в огромных количествах хранящейся в золоотвалах Новомосковской и Щекинской ГРЭС. "Удобряя" ею пойму р. Упы в период половодья, вносят на плодородные участки значительную дозу тяжелых металлов .

Для снижения до допустимых пределов смыва с полей взвешенных и органических веществ, агрохимикатов и микроорганизмов и загрязнения и заиления ими р. Упы и ее притоков необходимо создание почво - водоохранных и инженерно-биологических комплексов. Согласно данным Приходько К.Н., Пастернак М.С., Телешек Ю.К. (1987 г.), "эти комплексы необходимо внедрять путем проведения организационно-хозяйственных, агромелиоративных, луго- и лесомелиоративных, а также мелиоративно-гидротехнических мероприятий".

По экологическому состоянию на исследуемом участке можно выделить относительно чистую часть его от профиля I до моста и от профиля 166 до профиля 239 большого Криволученского изгиба. С технической точки зрения, очередности очистки, мест складирования илов исследуемый участок можно разделить на 4 части. Первая часть - от профиля № 1 (начало участка) до профиля № 25 (заводской мост) протяженностью 1427 м. Вторая часть - от заводского моста до Криволученского моста протяженностью 4048 м. Третья часть - от Криволученского моста до Малевского ручья -3918 м, и оставшаяся 4 часть - от Малевского ручья до Щегловского ручья. В такой последовательности рекомендуется проводить весь комплекс работ по очистке реки. Первый, первоочередной, участок принят укороченным с целью отработки на нем технологии очистных работ. Учитывая пристальное внимание общественности и природоохранных органов, в период производства работ на первом участке необходимо организовать дополнительные контрольные исследования по влиянию комплекса работ на экологическое состояние реки, т.е. увеличить количество створов для отбора воды ниже по течению р. Упы. Удобство работ на I участке определяется близостью места захоронения извлекаемых со дна отложений загрязненных илов.

Отработка технологии выемки грунта будет заключаться в выборе способа его рыхления - гидроразмывом или механическим рыхлителем - и исследовании последствий каждого способа на интенсивность взмучивания воды в реке.

В заключение, ссылаясь на международный опыт очистки водоемов (р. Рейн, Великие Озера в Америке, залив Пьюджет-Саунд) и проведенные изыскания на участке, приходим к однозначному заключению о необходимости очистки русла р. Упы на участках, наиболее подверженных техногенному влиянию АК "Тулачермет". Как было показано выше, такой участок располагается на расстоянии 1,2-2 км от выпусков АК "Тулачермет".

Результаты исследований экологического состояния р. Упы на 15-ти километровом участке приводят к однозначному выводу: необходима механическая очистка (удаление) наиболее пораженного тяжелыми металлами верхнего слоя донных отложений. Однако анализ этих результатов, даже на ограниченном участке реки, показывает на целесообразность избирательного подхода к очистке русла.

Основанием для избирательного подхода является дальность распространения илов, пораженных тяжелыми металлами и другими загрязнителями, от источников их загрязнения, т.е. от выпусков сточных вод.

Геологические разрезы поперечных профилей продольный профилей реки с несением мощности слоя донных осадков , которая уменьшается по мере удаления от источников загрязнения, показывают, что перенос водой тяжелых илов текучепластичного слоя не превышает расстояния 1,5 - 2,0 км. Это подтверждается также результатами полупромышленного эксперимента.

Мы считаем, что эти выводы о локальном распространении наиболее пораженных участков реки можно распространить на всю реку, т.е. изыскания с целью выявления необходимой очистки реки надо выполнять на участках ее, примыкающих к крупным промышленным предприятиям вниз по течению и на расстояние, не превышающее 1,5-2,0 км. Это позволит значительно сократить материальные затраты и время на их выполнение. Причем механическую очистку необходимо производить только после выполнения определенных мероприятий, направленных на снижение источников загрязнения.

1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости