Создание системы организованного сбора, отведения, очистки и сброса в водные объекты поверхностных сточных вод (ПСВ) с городской территории является первоочередной природоохранной задачей в сфере защиты водных источников от техногенного загрязнения.

Многолетними исследованиями установлено, что в процессе урбанизации поверхностный сток с хозяйственно-освоенных территорий городов и поселений, организованно отводимый и диффузный, превратился в основной источник деградации водных объектов и стал основной причиной утраты ими самоочищающей способности, о чём свидетельствуют результаты многолетних наблюдений ведущих отечественных и зарубежных специалистов водной отрасли [1–6].

Особенность организации системы отведения и очистки ПСВ в городе Москве — масштабное использование гидрографической сети города в качестве элементов водосточной сети, что в целом составляет коллекторно-речную городскую сеть.

К основным объектам коллекторноречной городской сети, эксплуатируемой предприятием «Мосводосток», относятся:

  • водные объекты — малые реки и водоёмы в количестве 211 единиц общей площадью 690 га и протяжённостью открытых русел рек и ручьёв 250 км;
  • водосточная сеть протяжённостью 7400 км (включает 110 тыс. дождеприёмных и 160 тыс. смотровых колодцев);
  • Лихоборская обводнительная система, предназначенная для обводнения реки Яуза;
  • гидроузел на реке Яузе, обеспечивающий обводнение реки Москва;
  • водоотводящая система Московской кольцевой автомобильной дороги и Третьего транспортного кольца;
  • снегосплавные пункты (13 объектов) для утилизации снежной массы от зимней уборки городских улиц и магистралей.

Как известно, из общего числа станций очистки ПСВ в Москве только 10% можно отнести к современным высокотехнологичным сооружениям глубокой очистки — фильтровальным очистным сооружениям (ФОС) [7].

Ежегодно в водные объекты Москвы через коллекторно-речную сеть сбрасывается до 600 млн м³ ПСВ с площади водосбора 61,2 тыс. га, а на застраиваемых присоединённых к городу территориях этот объём составит 90 млн м³ (рис. 1).

Защита водных объектов от техногенных загрязнений при отведении поверхностных сточных вод с территорий городов и поселений. 10/2019. Фото 1

В настоящее время условия работы городской водосточной сети Москвы существенно отличаются от расчётных условий, принятых при проектировании в двадцатом веке: изменились метеорологические условия (интенсивность и продолжительность выпадения осадков в зимний и летний периоды года), увеличилось количество водонепроницаемых асфальтобетонных покрытий автомагистралей, проездов, парковок, кварталов многоэтажных жилых и офисных зданий, торговых и развлекательных комплексов, а площадь водопроницаемых поверхностей (газонов, парков, скверов, пойм рек и природных заказников) сократилась.

Большинство выпусков городской водосточной сети в водные объекты Москвы не имеют устьевых очистных сооружений, а существующие — технически устарели и не обеспечивают проектную степень очистки и обеззараживания ПСВ на уровне нормативных требований, предъявляемых к качеству воды водных объектов рыбохозяйственного значения.

Увеличение среднегодового объёма ПСВ до 690 млн м³ и, следовательно, увеличение антропогенной нагрузки на водоисточники города требует масштабного строительства новых и реконструкции действующих очистных сооружений системы отведения и очистки ПСВ.

Анализ существующих технологических схем очистки поверхностных сточных вод на действующих очистных сооружениях Москвы показал (табл. 1), что остаточные концентрации взвешенных веществ в очищенных ПСВ в два-три раза (по ПДК) превышают допустимые значения, а нефтепродуктов — в 60 раз и более.

Защита водных объектов от техногенных загрязнений при отведении поверхностных сточных вод с территорий городов и поселений. 10/2019. Фото 2

Динамика изменения качественного состава воды в реке Москве в черте города показала, что на входе в город состав воды удовлетворяет нормативным требованиям, предъявляемым к качеству воды водных объектов рыбохозяйственного значения, только по содержанию хлоридов, сульфатов и взвешенных веществ. Все остальные контролируемые показатели загрязнений превышены.

В частности, по нефтепродуктам превышение достигает 4,4 ПДК, по азоту аммонийному — 3,7 ПДК, по биохимическому потреблению кислорода (БПК) — 2,6 ПДК. На выходе из города превышение по нефтепродуктам в речной воде возрастает до 6 ПДК, азоту аммонийному — до 21,6 ПДК, по показателю БПК — 3,6 ПДК, что свидетельствует о загрязнении вод хозяйственно-бытовыми сточными водами и неочищенными поверхностными сточными водами с площади водосбора города.

Защита водных объектов от техногенных загрязнений при отведении поверхностных сточных вод с территорий городов и поселений. 10/2019. Фото 3

В настоящее время актуализируется городская «Программа по охране водных объектов города Москвы от загрязнения поверхностными сточными водами», в которой отмечается, что улучшение экологического состояния водных объектов в современных условиях возможно при реализации мер по снижению антропогенной нагрузки на водные объекты и их водосборы, при ликвидации накопленного экологического ущерба, восстановлении способности рек и водоёмов к самоочищению и охране подземных вод от загрязнения. Целью программы является снижение антропогенной нагрузки на водные объекты города для улучшения санитарно-экологического состояния реки Москвы и её притоков, восстановления водных экосистем и рекреационного потенциала водоёмов для населения.

Программа направлена на решение следующих задач:

  • снижение антропогенного воздействия на водоёмы города за счёт сокращения поступления загрязняющих веществ с поверхностными сточными водами;
  • поэтапное развитие централизованной системы отведения ПСВ с увеличением процента охвата застроенной территории города водосточной сетью с 65 до 100% со строительством новых и реконструкцией действующих очистных сооружений на основе наилучших доступных технологий очистки ПСВ;
  • обоснование нормативных требований к качеству очистки ПСВ с учётом проводимого реформирования природоохранного законодательства.

При формировании требований к технологии и составу очистных сооружений ПСВ, намечаемых к строительству на территории Москвы, следует учитывать:

  • результаты мониторинга сброса загрязняющих веществ в водные объекты с городских территорий различного функционального значения;
  • категорию и целевое назначение водного объекта;
  • гидрохимические показатели качества речной воды, сформировавшиеся под воздействием природных и техногенных факторов;
  • допустимую антропогенную нагрузку с целью сохранения и восстановления водного объекта для безопасного водопользования населения.

Одна из эффективных технологий обезвреживания ПСВ с территорий городов и поселений, обеспечивающая достижение установленных нормативов сброса в водоём, включает механические и физико-химические методы и состоит из следующих сооружений: сороудерживающая решётка, горизонтальная песколовка, секционный накопительный резервуар стоков, каскад напорных фильтров с зернистыми минеральными загрузками и сорбентами, насосное оборудование и аккумулирующий резервуар очищенных ПСВ для технических нужд очистного комплекса и повторного использования воды на поливомоечные работы при санитарной уборке дорожных покрытий. Для обезвоживания образующегося осадка предусмотрен фильтр-пресс (рис. 2).

Защита водных объектов от техногенных загрязнений при отведении поверхностных сточных вод с территорий городов и поселений. 10/2019. Фото 4

Результаты очистки ПСВ по вышеуказанной технологии представлены в табл. 2.

Защита водных объектов от техногенных загрязнений при отведении поверхностных сточных вод с территорий городов и поселений. 10/2019. Фото 5

Применение таких сооружений накопительного типа позволяет учитывать условия и особенности образования поверхностных сточных вод, в частности, неравномерность и эпизодичность выпадения атмосферных осадков по сезонам года, их интенсивность и продолжительность их выпадения, географическое расположение местности, санитарное состояние бассейна водосбора, наличие поблизости промышленных зон, автомагистралей и транспортных нагрузок. К основному преимуществу накопительных очистных сооружений ПСВ относится обязательное опорожнение приёмного накопительного резервуара от осветлённых поверхностных сточных вод путём перекачивания их насосными агрегатами на напорные фильтры доочистки, удаление образовавшегося в процессе отстаивания осадка на обезвоживание в уплотнитель и центрифугу.

Полное опорожнение приёмного накопительного резервуара после каждого периода выпадения атмосферных осадков является принципиально важной технологической операцией, обеспечивающей предотвращение негативного воздействия на водный объект неочищенных ПСВ, вторично загрязнённых в результате роста числа патогенных микроорганизмов и загнивания содержащихся в стоках органических примесей. В сооружениях проточного типа, напротив, в тёплый период года в условиях отсутствия атмосферных осадков, происходит развитие вторичного загрязнения ПСВ. При поступлении на проточные сооружения загрязнённых дождевых стоков выпавший осадок и нефтешлам залпом выбрасываются из них в водные объекты. Таким образом, достижение высокого эффекта очистки ПСВ по основным загрязняющим компонентам (взвешенным веществами нефтепродуктам), а также достижение нормативов сброса загрязняющих веществ в водный объект возможно только в сооружениях накопительного типа, поскольку в сооружениях проточного типа не предусмотрено их опорожнение после выпадения атмосферных осадков.

Для обезвоживания осадков, образующихся в процессе очистки поверхностных сточных вод в сооружениях накопительного типа, целесообразно применять как классические типы аппаратов (фильтр-прессы и центрифуги), адаптированные к трудно обезвоживаемым шламам, так и современное оборудование нового поколения, например, декантеры, обезвоживающие установки с мешочными вакуум-фильтрами, шнековые обезвоживатели, геотубы и геоконтейнеры [8]. Целесообразность использования очистных комплексов ПСВ в зимний период обусловлена необходимостью экономить воду питьевого качества, предотвращать негативное воздействие на окружающую среду и централизованную систему водоотведения сбросом загрязнённых стоков, а также исключать затраты на вывоз и утилизацию снежной массы на городских снегосплавных пунктах.

Весь объём выпавшего снега на проезжую часть автодорог и тротуары утилизируется на очистных сооружениях ПСВ, а очищенная снеговая вода аккумулируется в накопительной ёмкости и используется на техническое водоснабжение, подпитку оборотной системы мойки автомашин и в котельной, на нужды пожаротушения, поливомоечные работы при санитарной уборке территории в ранний весенний период до наступления устойчивого периода положительных температур и дождей [9].

Для модернизации систем очистки ПСВ рекомендуется интегрированный подход, включающий совершенствование технологии очистки с целью достижения её соответствия следующим критериям:

  • обезвреживание ПСВ должно решаться комплексно, включая эффективные методы обработки воды, образующегося осадка и нефтешлама, а также обеззараживания очищенных ПСВ перед отведением их в водоём;
  • технология очистки ПСВ должна быть разработана с учётом очистки талых вод, загрязнённых различными противогололёдными реагентами;
  • процессы очистки ПСВ и обработки осадка должны быть автоматизированы и оснащены устройствами передачи информации об их работе в диспетчерский пункт службы эксплуатации;
  • контроль за работой комплекса очистки должен осуществляться анализаторами качества поверхностных сточных вод в автоматическом режиме;
  • комплекс очистных сооружений ПСВ должен быть оснащён приборами контроля за количеством обрабатываемой воды, осадка и нефтешлама;
  • в проекте комплекса должны быть применены энергосберегающие аппараты, инновационное технологическое оборудование, приборы и материалы;
  • в проекте комплекса должны быть предусмотрены рациональные решения и мероприятия, обеспечивающие использование очищенных ПСВ на технические нужды (поливомоечные работы при летней уборке автодорог, полив зелёных насаждений и др.) в соответствии с природоохранными требованиями;
  • показатели состава очищенной воды должны соответствовать нормативам сброса в водоёмы рыбохозяйственного назначения по всем контролируемым показателям, в том числе биогенным элементам и тяжёлым металлам;
  • в проекте должен быть представлен расчёт стоимости годовых затрат на эксплуатацию предлагаемых очистных сооружений, мероприятия по их минимизации и себестоимость очистки 1 м³ ПСВ;
  • в проекте должны быть разработаны технические решения по оптимизации стоимости строительных работ по созданию системы очистки ПСВ с целью увеличения её срока эксплуатации.

Выводы

1. Для снижения техногенного воздействия на водные объекты городов и поселений необходима поэтапная реализация Программы их защиты, одним из основных направлений которой является совершенствование и развитие системы сбора, отведения и очистки ПСВ.

2. Выбор технологии и сооружений по обезвреживанию ПСВ необходимо проводить с учётом особенностей их формирования на водосборной поверхности, климатических параметров, количественных и качественных характеристик ПСВ, установленных требований к сбросу очищенных стоков в водоём и величины годовых затрат на эксплуатацию водоочистного комплекса.

3. Для обоснования инвестиций в реконструкцию и развитие системы сбора, отведения и очистки ПСВ рекомендуется производить технико-экономические и экологические сравнения вариантных решений по схеме водоотведения с учё- том вышеприведённых критериев.