УДК 628.31

Оценка состояния водных ресурсов на территории донецкой народной республики

Ильин Я. А., магистрант¹, Плотников Д.А., доцент¹, Мамаев В.В., гл. научн сотрудник²

¹Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, Россия

²«НИИ «Респиратор» МЧС России», Россия

В Донбассе при высокой плотности населения и развитой водоёмкой промышленности остро стоит проблема водоснабжения. Интенсивное использование и загрязнение вод привели к истощению ресурсов, утрате самоочистки и загрязнению большинства водоёмов.

Формулировка проблемы

Донецкая Народная Республика (ДНР) – особенный регион, отличающийся дефицитом водных ресурсов. Сформировавшиеся в области отрасли промышленности характеризуются значительным водопотреблением. Водные ресурсы области формируются за счет транзитного притока поверхностных вод по реке Северский Донец, местного речного стока, формирующегося в пределах области, сточных, шахтных и карьерных вод, а также эксплуатационных запасов подземных вод, мощность которых в Донецкой области утверждена и зарегистрирована более 1,0 млн куб. м/сутки. Загрязнение природной воды создает угрозу для жизни и здоровья населения, а также существования биосферы в целом. Поэтому оценка состояния водных экосистем под действием антропогенных факторов является одной из наиболее актуальных задач для охраны поверхностных водных ресурсов.

Цель

Проанализировать состояние водных экосистем под действием антропогенных факторов для охраны поверхностных водных ресурсов ДНР.

Основной материал

Исторически сложилось так, что большие запасы полезных ископаемых в Донецком угольном бассейне способствовали бурному развитию промышленности и значительной концентрации населения в регионе. Сформировавшиеся за два столетия в области отрасли промышленности характеризуются значительным водопотреблением. Поэтому в регионе существует острая проблема загрязнения водных ресурсов и связанный с этим дефицит качественных пресных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, сельского хозяйства, перерабатывающей промышленности и т. д.

Основными загрязнителями водных объектов являются предприятия горной и металлургической промышленности.

Техногенному воздействию подвергаются огромные территории – от Дона до Днепра, на которых расположено более сотни угольных шахт. Ежегодно они сбрасывают около 500 млн м³ шахтных вод, загрязнённых минеральными солями, взвешенными веществами и бактериальными примесями. В малые реки Донецкой и Луганской области ежегодно поступает около 1,5 млн тонн солей, что привело к обмелению рек за последние годы на один метр [1]. 

По данным статистической отчетности, в Донецкой области насчитывается 279 предприятий-водопользователей, которые сбрасывают возвратные воды в реки и водоемы региона. Общий объем сброшенных в поверхностные водные объекты сточных вод в 2022–2023 гг. составил 1699 и 1546 млн м³ соответственно.

Главными загрязнителями водных объектов, как и раньше, остаются предприятия металлургической и коксохимической промышленности (заводы Мариуполя, Енакиево, Макеевки, Авдеевки и Донецка), угольной отрасли и энергетики [2].

Таблица 1 – Использование ресурсов малых рек для работы ТЭС Донецкой области

Вместе со сточными водами в водоемы региона поступает значительное количество загрязняющих веществ. В 2022–2023 годах было сброшено соответственно 516 и 485 тыс. тонн сульфатов, 192 и 287 тыс. тонн хлоридов, 14 и 13,5 тыс. тонн нитратов, 103 и 113 тонн нефтепродуктов. В воде практически всех рек области наблюдается повышенное содержание солей.

Одной из основных причин этого является сброс высоко минерализованных шахтных вод, с которыми в реки за год поступает более 1 млн тонн солей.

Забор, использование и отведение воды по водным объектам области представлен в таблице 2. По данным статистической отчетности об использовании водных ресурсов, в Донецкой области насчитывается 279 предприятий-водопользователей, которые сбрасывают возвратные воды в реки и водоемы региона.

Таблица 2 – Показатели использования и водоотведения воды, млн м³

Забор воды по области в 2022 году составил 2 142 млн м³, что на 135 млн м³ (6 %) больше, чем в 2021 году. В том числе забрано 377 млн м³ подземной воды (из них 329,8 – шахтные и карьерные), что на 10 млн м³ меньше, чем в 2021 году [3]. За последние 10 лет забор воды по области уменьшился почти на 600 млн м³ (20 %). Это, прежде всего, связано с повышением стоимости воды и, как следствие, с ее более экономным использованием.

В 2022 году в Донецкой области сброс сточных вод по учету осуществляли 272 предприятия водопользователя в объеме 1 526 млн м³. Объем сброшенных в поверхностные водные объекты сточных вод в 2021 году составил 1 503 млн м³. Сброс загрязненных сточных вод с 550,3 в 2021 году несколько увеличился в 2022 году – до 554,2 млн м³. И хотя количество загрязненных сточных вод увеличилось, однако, процент их от общего количества сброшенных вод уменьшился до уровня 36 % (таблица 3).

Таблица 3 – Динамика сброса оборотных вод, млн м³

Характеристика сточных вод и способов их очистки приведена в таблице 4. Под очисткой воды понимается обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из нее загрязнений и вредных примесей [4].

Выбор метода очистки индивидуален в каждом случае, и зависит от степени загрязнения воды, наличия вредных примесей, степени их вредности, расхода сточных вод, необходимой степени очистки, местных условий (рельефа местности, характера грунтов), энергетических затрат и др.

Выбирать следует наиболее простые в эксплуатации и экономичные процессы очистки, позволяющие извлекать ценные компоненты, кислоты, щелочи, и использовать очищенную воду в системах оборотного, последовательного или замкнутого водоотведения или для сброса в водные объекты.

Таблица 4 – Классификация методов извлечения веществ  

Мониторинг качества водопроводной воды свидетельствует о том, что ежегодно до 10–13,7 % проб по санитарно-химическим показателям и 3,6–6,8% проб по микробиологическим показателям не отвечают нормативным требованиям по Д - ГОСТ Р 71581–2024. В условиях ухудшения состояния изношенных водопроводных сетей и неудовлетворительного качества воды поверхностных источников водоснабжения вряд ли стоит ожидать быстрого решения проблемы. Результаты гигиенических исследований свидетельствуют о том, что население Донбасса потребляет чрезмерно жёсткую (до 4,7 ПДК), излишне минерализованную (до 3,9 ПДК) питьевую воду со значительным содержанием кальция (до 2,3 ПДК), магния (до 1,6 ПДК) и тяжелых металлов (до 1,0 ПДК).

Территориальные особенности природного химического состава подземных и поверхностных водоисточников южных и восточных регионов заключаются в повышенных концентрациях марганца, хлоридов и сульфатов (до 4,0 ПДК).

Антропогенное загрязнение характеризуется наличием тяжелых металлов (до 19,8 % анализов с превышением нормативов) и пестицидов (до 17,4% проб воды, не отвечающих гигиеническим регламентам). Анализ химического загрязнения продуктов питания, изготовленных из местного сырья (поступление из почвы и поливной воды), свидетельствует о высоком уровне загрязнения пищи тяжелыми металлами (до 16,2 % анализов с превышением нормативов).

Перечисленные неблагоприятные параметры питьевой воды являются факторами риска повышенной заболеваемости населения, в частности онкологической, мочекаменной болезнью и др.

Выбор оптимальных технологических схем очистки сточной воды обуславливается многообразием находящихся в воде примесей, концентрацией загрязнений и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству воды [5]. Проведены исследования использования осадительных, реагентных и биологических методов для очистки сточных вод. Выделения из сточных вод нерастворимых примесей происходит под действием гравитационных и центробежных сил. К аппаратам, предназначенным для выделения твердых и жидких примесей, основанных на гидродинамических закономерностях процесса отстаивания, относятся песколовки, отстойники и тонкослойные отстойники. Отстойники применяют для удаления нерастворенных дисперсных загрязнений, находящихся во взвешенном и плавающем состоянии под действием гравитационных сил [6]. Процесс прост, достаточно эффективен, требует малых энергетических затрат и поэтому широко распространен в технологии очистки сточных вод. В тонкослойных элементах имеет место ламинарный поток движения близкий к идеальному вытеснению, что обеспечивает устойчивую работу этих аппаратов при значительных колебаниях нагрузки и изменениях температуры (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема работы тонкослойного элемента

Схема многоярусного тонкослойного отстойника показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Многоярусный тонкослойный отстойник с перекрестным движением воды и выделенного осадка:

1 – приямок для осадка; 2 – впускное устройство; 3 – зона грубой очистки;

4 – распределительное устройство; 5 – зона тонкой очистки;

6 – ярусы; 7 – блок пластин; 8 – полупогруженная перегородка;

9 – водослив; 10 – водоприемный лоток;

11 – зазоры, перегораживаемые щитками; 12 – корпус;

13 – скребок; 14 – лоток.

Отстойник изготовлен из железобетонного резервуара 12 прямоугольной формы. Отличительной особенностью является наличие двух зон отстаивания 3 и 5, имеющих самостоятельные приямки 1 для осадка. Сточная вода подается в первую зону грубой очистки 3, где из воды выделяются крупный песок. Наличие этой зоны позволяет отказаться от применения песколовок на очистных сооружениях. После извлечения крупнодисперсных загрязнений поток воды поступает в вертикальный канал пропорционального водораспределительного устройства 4, расположенного между первым и вторым приямками. Распределенный по сечению второй зоны поток жидкости поступает в пространство, разделенное параллельными пластинами на ярусы 6. Пластины объединены в блоки 7. Расстояние между блоками и распределительным устройством должно обеспечивать проход скребка. При движении рабочего потока в ярусах выделяются мелкодисперсные частицы и взвешенные вещества. Загрязнения всплывают к верхним пластинам яруса, укрупняются и движутся вверх по образующей яруса к периферии, а затем поднимаются на поверхность воды.

Среди мер по снижению загрязнения водоемов можно отметить:

• снижение выбросов предприятий путем использования современных безотходных технологий;
• обеспечение слаженной работы предприятия, исключение аварий на производствах;
• очистка выбрасываемых сточных вод и переработка отходов;
• исключение выброса отходов на бытовом уровне.

Меры по снижению водопотребления:

• использование безводных технологий;
• цикличные системы водоснабжения предприятий.

Меры, принимаемые для обеспечения питьевой водой регионов с засушливым климатом:

• возведение искусственных водоемов;
• транспортировка воды из близлежащих стран;
• опреснение морской воды;
• ведение учета используемых водных ресурсов.

Программа «Чистая вода», действующая с 2019 по 2024 год, была направлена на улучшение качества питьевой воды и снижение загрязнения водных ресурсов. В рамках этой программы усовершенствовали нормативно-правовую базу, провели обучающие мероприятия для специалистов в области водоочистки, а также внедрили современные технологии очистки воды. И все же этого пока недостаточно.

Большинство существующих очистных сооружений в России были построены до 90-х годов. По данным различных источников, около 80% этих объектов уже полностью или частично пришли в непригодность. Износ оборудования и устаревшие технологии не позволяют эффективно очищать сточные воды, что приводит к значительным выбросам загрязненной воды в окружающую среду.

Сегодня мы стоим на пороге технологической революции, которая может изменить ситуацию — цифровые очистные сооружения могут стать ключом к созданию будущего без отходов, обеспечивая высокое качество очистки воды даже в самых удаленных и труднодоступных регионах.

Цифровые очистные сооружения — это модернизированные системы очистки сточных вод, оснащенные датчиками и автоматическими системами контроля. Эти датчики непрерывно мониторят качество воды на входе и выходе, анализируя такие параметры, как уровень загрязненности, наличие вредных химических веществ и биологических загрязнителей. Данные передаются в реальном времени на центральный сервер, где они обрабатываются и анализируются, что позволяет оперативно реагировать на любые отклонения от нормы [7].

Преимущества цифровых систем

Непрерывный контроль качества воды, который позволяет быстро выявлять и устранять проблемы, что существенно снижает риск попадания загрязненной воды в окружающую среду.

Автоматизация процессов и использование алгоритмов искусственного интеллекта позволяют оптимизировать работу очистных сооружений, повышая их эффективность и снижая затраты на эксплуатацию.

Удаленный доступ и управление, где операторы могут контролировать и управлять системами из любой точки мира, что особенно важно для удаленных регионов.

В России множество удаленных регионов испытывают значительные трудности с организацией очистки и экологического контроля сточных вод. Часто анализы и пробы воды здесь проводятся редко, что приводит к накоплению загрязнений. Более того, многие районы вообще не имеют очистных сооружений, и большое количество выбросов загрязненной воды производится непосредственно на грунт, что приводит к деградации почв и загрязнению подземных вод.

Одной из основных причин такой ситуации является экономия на строительстве и обслуживании очистных сооружений. Часто выбираются самые дешевые варианты, которые не обеспечивают должного уровня очистки воды. Это приводит к тому, что загрязненная вода продолжает поступать в природу, нанося непоправимый ущерб экосистемам и здоровью людей.

Для решения проблемы загрязнения водоемов в удаленных регионах необходимо внедрение современных технологий и комплексный подход. Вот несколько ключевых шагов:

Массовое внедрение цифровых очистных сооружений
Оснащение очистных станций современными датчиками и системами автоматического контроля позволит значительно повысить качество очистки воды.

Создание мобильных лабораторий. Для оперативного анализа качества воды в удаленных регионах можно использовать мобильные лаборатории, оснащенные всем необходимым оборудованием.

Государственная поддержка и инвестиции Необходимы значительные инвестиции в модернизацию существующих и строительство новых очистных сооружений, а также в развитие инфраструктуры для мониторинга и контроля качества воды.

Образовательные программы и информационные кампании важно повышать осведомленность населения о проблеме загрязнения воды и методах ее решения. Образовательные программы для специалистов и информационные кампании для широких масс помогут сформировать ответственное отношение к использованию водных ресурсов.

Выводы

Приведена характеристика поверхностных и сточных вод региона. Донбасс отличается с одной стороны дефицитом водных ресурсов пресных вод, с другой стороны наличием значительного количества минерализованных стоков [8]. Сточные воды загрязнены повышенной концентрацией соединений железа. Среднегодовая концентрация железа в контрольных створах водных объектов региона равна 0,19 мг/дм³, при ПДК = 0,1 мг/дм³.

Процент повышенных концентраций соединений тяжелых металлов до 16,2 % анализов, что свидетельствует о высоком уровне загрязнения. На долю солевых показателей приходится около 94 % от общего поступления загрязняющих веществ. 77 % вод, загрязненных тяжелыми металлами, в них суммарный объем накопленных высокоминерализованных вод достигает 1 куб. км.

Основным фактором воздействия водной среды на поведение тяжелых металлов является показатель рН, который для вод нашего региона около 8-8,7. Оптимальные значения показателей рН для осаждения отдельных тяжелых металлов существенно отличаются, приблизительно = 9-10,5, что вызывает необходимость использования ступенчатого осаждения при наличии в сточных водах многих компонентов.

Библиографический список

1. Экологические проблемы Восточного Донбасса / В. В. Приваленко, З. Р. Кузина, Г. Ю. Коломенский [и др.]. – Текст: непосредственный // Известия высших учебных заведений. Северокавказский регион. Серия: естественные науки. – 2004. – № S7. – С. 36–49.
2. Головатенко, Е. Л. Экологическая безопасность водных объектов донецкого региона / Е. Л. Головатенко, В. А. Максимов. – Текст: непосредственный // Природопользование и безопасность жизнедеятельности: сборник докладов студенческой конференции, Донецк, 7 апреля 2022 г. / редакционная коллегия А. Макеева, Д. А. Козырь. – Донецк: ДОННТУ, 2022. – С. 69–71.
3. Бирман, Ю. А. Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация отходов / Ю. А. Бирман, Н. Г. Вурдовой. – Москва: Издательство АСВ, 2015. – 296 с. – ISBN 5930931213. – Текст: непосредственный.
4. Paull, D. Monitoring the Environmental Impact of Mining in Remote Locations through Remotely Sensed Data / D. Paull, G. Banks, C. Ballard [et al.]. – Текст: непосредственный // Geocarto International. – 2006. – № 1. – Р. 33–42.
5. Ворон, Л. В. Проблемы очистки шахтных вод / Л. В. Ворон, Л. Р. Ланге, А. М. Благоразумова. – Текст: непосредственный // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2015. – № 2(15). – С. 76–79. – ISBN 628034.
6. Проектирование систем сбора и очистки поверхностных сточных вод: учебное пособие / Е. И. Вялкова, С. В. Максимова, Ю. А. Иванюшин, А. М. Фугаева. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2020. – 140 c. – ISBN 978$5$9961$2371$1. – Текст: электронный // Цифровой образовательный ресурс IPR SMART: [сайт]. – URL: https://www.iprbookshop.ru/115058.html (дата обращения: 02.10.2023). – Режим доступа: для авторизир. пользователей.
7. Ахмадуллина, Ф. Ю. Реагентная очистка сточных вод от тяжелых металлов. Теоретические основы, материальные расчеты: учебное пособие / Ф. Ю. Ахмадуллина, Л. А. Федотова, Р. К. Закиров. – Казань: Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2016. – 92 c.
8. Маркин, В. В. Исследование возможности реконструкции канализационных очистных сооружений Донецкой Народной Республики c целью достижения технологических показателей НДТ / В. В. Маркин. – Текст: непосредственный // Строитель Донбасса. – 2024. – Выпуск 2–2024. – С. 51–57. – ISSN 2617–1848.

1. Единый государственный реестр 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
   
10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ
    
11. Современные технологии в профессиональном образовании