 |  | ||
 УДК 504.4.05./06.001 Рекомендации по очистке русел малых рек Тульской области
На основе оценки экологического состояния русла малых рек, определения по руслу и глубине донных отложений и характера их загрязнения, оценки влияния выпусков сточных вод на качество воды и др. приводятся рекомендации по выбору способа оздоровления рек. Загрязнение поверхностных вод отходами промышленного производства является причиной усиленного заиливания рек, которое оказывает вредное влияние на состав донных осадков, составляющих с водной средой неразрывную часть экологической системы. Изучение состава современного аллювия с целью установления в нем токсичных компонентов позволяет определить степень его долговременного техногенного воздействия на окружающую среду. Предполагается, что токсичные донные осадки могут являться источником вторичного загрязнения вод вследствие взмучивания и переноса их во время паводков и половодий вниз по течению. Экологическое состояние рек также изменяется во времени и пространстве. В нашем контексте под экологическим состоянием реки понимается возможность использования ее в целях непромышленного рыбоводства, использования ее вод для сельскохозяйственных нужд, как зоны отдыха проживающего вблизи ее населения. При этом основными источниками нарушения ее экологического равновесия однозначно принимаются промышленные предприятия, которые воздушным путем и сбросом стоков промышленных отходов загрязняют акватории рек и их воды. Процесс загрязнения и заражения токсичными веществами и тяжелыми металлами вод реки Упы и ее донных отложений наиболее интенсивно наблюдается в течение последних десятилетий. Наибольший рост его интенсивности отмечен с 60-х годов. Начиная с этого времени река в черте г.Тулы не используется в качестве зоны отдыха, и уже в 1976 г. были поставлены вопросы по расчистке ее русла на 20-километррвом участке в черте города. Однако дальнейшего развития они не получили. В ТулГУ совместно с ОАО «Тулачермет» в течении многих лет проводились масштабные исследования на предмет оценки экологического состояния р. Упа и других малых рек Тульской области. При этом изучен Для реализации этого решения был разработан и впоследствии осуществлен комплекс задач. Основными из них являются:
Проведенные исследования распределения донных отложений по руслу, их свойств, наличия в них тяжелых металлов, исследования их биологических свойств 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 ОАО «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. 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 м /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 тугопластич-ных 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 выполнны соответствующие работы, позволившие решить следующие вопросы:
Отбор проб для лабораторных исследований производился для каждого участка реки, с которого илы будут складироваться на отдельную площадку намыва. Таких участков в 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. 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. 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. 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 111 достигают естественного состояния. В донных отложениях этих участков содержится высокая концентрация тяжелых металлов. В пробе 6 и 1 содержится большее количество пелитовых частиц, поэтому динамика их уплотнения ниже первых двух проб. Растворимость солей металлов, а также фосфора и азота определяется в надиловой жидкости через 2 часа после активного взмучивания илов. 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 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 | |||
 |  |
