Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методические основы расчета допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах предприятий при организации городских систем водоотведения

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Методические основы расчета допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах предприятий при организации городских систем водоотведения"

На правах рукописи

Дрюпина Екатерина Юрьевна

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В СТОЧНЫХ ВОДАХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ГОРОДСКИХ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ Г. БАРНАУЛА)

25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 НОЯ 2014

Барнаул-2014

005554221

005554221

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Папина Татьяна Савельевна

доктор химических наук

Щеголькова Наталия Михайловна

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН), г. Москва

Бельдеева Любовь Николаевна

кандидат технических наук, доцент, кафедра химической техники и инженерной экологии, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова»

ФГБУН «Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН)»

Защита состоится « 26 » декабря 2014 года в 13-00 на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при ФГБУН Институте водных и экологических проблем СО РАН по адресу: 656038 г. Барнаул, ул. Молодежная, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВЭП СО РАН и на сайге www.iwep.ru

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 656038 г. Барнаул, ул. Молодежная, 1, Диссертационный совет, тел./факс: +7(3832) 24-03-96, электронный адрес института: iwep@iwep.ru

Автореферат разослан « 24 » октября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент Рыбкина И.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нормирование водопользования занимает ведущее место в системе управления антропогенной нагрузкой на водные объекты. Обладая четко ' выраженными механизмами установления пределов воздействия, нормативы должны накладывать ограничения на деятельность водопользователей с целью обеспечения благоприятного состояния водных экосистем. В качестве таких ограничений выступают нормативы допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ со сточными водами. В настоящее время большинство предприятий России, особенно небольших, не имеют своих очистных сооружений и вынуждены сбрасывать сточные воды в систему городской канализации. При этом в каждом городе для них устанавливаются свои НДС. С 1 января 2014 г. на территории РФ действует 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении», согласно которому предприятия должны самостоятельно очищать свои сточные воды как в случае их сброса в реки и водоемы, так и в случае поступления в сети водоканалов. При этом мелкие и средние предприятия должны не просто построить свои локальные очистные сооружения, но и достигать уровня очистки до качества вод рыбохозяйственных водоемов. В настоящее время ни одна из существующих технологий не может обеспечить требуемый уровень очистки, а санкции, предусмотренные за невыполнение нормативов, способны закрыть или разорить на штрафах практически любое предприятие. Кроме того, в настоящее время нет общепризнанной методики расчета нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами в систему центрального водоотведения. Таким образом, расчет допустимых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах при приеме их в систему городской канализации представляет актуальную и востребованную задачу.

Цель исследования. Обоснование расчета допустимых концентраций (ДК) загрязняющих веществ в сточных водах промышленных предприятий при их приеме в городскую систему канализации с учетом природно-экологических особенностей региона.

Задачи исследования.

1. Оценить современное эколого-гидрохимическое состояние р.Обь; рассчитать фоновые концентрации загрязняющих веществ на исследуемом участке реки.

2. Изучить пространственно-временные закономерности содержания загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах и рассчитать их

фоновые концентрации.

3 Выявить основные лимитирующие факторы и на их основе рассчитать допустимые концентрации (ДК) загрязняющих веществ в сточных водах предприятий, поступающих в систему городской канализации.

Объект исследования - речные, коммунальные и смешанные сточные

воды.

Предмет исследования — загрязняющие вещества - минеральные, биогенные, органические и микроэлементы (всего 24 показателя) в исследуемых объектах.

Научная новизна работы.

На основе ретроспективных и современных данных проведено исследование эколого-гидрохимического состояния р. Обь.

Впервые предложено ввести понятие «фоновой концентрации загрязняющего вещества в коммунальных сточных водах». Данные концентрации мы предлагаем рассчитывать по аналогии с методикой расчета регионального фона для поверхностных вод. Для промышленных предприятий, сбрасывающих сточные воды в систему городской канализации, мы рекомендуем устанавливать допустимые концентрации (ДК) загрязняющих веществ с учетом нижней границы их фоновых концентраций в коммунальных сточных водах, в то время как городские коммунальные службы должны справляться с очисткой сточных вод от концентраций, достигающих верхних границ фона.

Впервые определены лимитирующие факторы, определяющие способ расчета ДК загрязняющих веществ в сточных водах водопользователей, при их приеме в систему городской канализации (на примере г. Барнаула).

Практическая значимость работы. Результаты исследований были использованы для разработки нормативов сброса загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами промышленных предприятий г. Барнаула в систему городской канализации.

Предлагаемый расчет может быть использован организациями, контролирующими в нашей стране региональное водоотведение (органы местного самоуправления, Ростехнадзор и др.), для установления ДК для предприятий других российских городов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Оценка современного эколого-гидрохимического состояния р. Обь.

2. Расчет фоновых концентраций загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах. Оценка влияния промышленных стоков на общий состав сточных вод.

3. Способ расчета нормативов сброса загрязняющих веществ со сточными водами предприятий, поступающими в систему городской канализации с учетом выявленных лимитирующих факторов.

Апробация работы. Основные результаты представлены на XXXVI, XXXVII, XXXVIII «Научной конференции студентов магистрантов, аспирантов и учащихся лицейных классов» (Барнаул, 2009, 2010, 2011); IX, XII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2008, 2011); ежегодной конференции молодых ученых ИВЭП СО РАН» (Барнаул, 2010, 2012); I Всероссийской молодежной научной конференции «Естественнонаучные основы теории и методов защиты окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2011), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Питьевая вода в XXI веке» (Иркутск, 2013), IWA 6th Eastern

European Young Water Professionals Conference "East meets West" (Istanbul, 2014).

По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 в журналах из перечня, рекомендуемого ВАК.

Фактический материал и личный вклад автора. В основу работы были положены данные ФГБУ «Западно-Сибирского УГМС» по основным показателям качества воды р. Обь в районе г. Барнаула, гидрологические данные р. Обь в районе г. Барнаула ГУП «Сибгипрокоммунводоканал», данные об утвержденных расходах сточных вод для канализационно-очистных станций 1 и 2 (КОС-1 и КОС-2), а так же результаты работ Химико-аналитического центра ИВЭП СО РАН по содержанию загрязняющих веществ в воде р. Обь в различные гидрологические периоды 1989-2003 гг., 2005-2012 гг., и в коммунальных сточных водах, поступающих на очистку за период с декабря 2011 по май 2012 гг.

Всего в рамках данной работы было выполнено около 4500 элементо-определений и проанализировано более 150 проб речной и 100 проб сточной воды. Личный вклад автора состоял в отборе и подготовке проб речных и сточных вод к инструментальному анализу, а также обработке, систематизации и анализе полученных результатов.

Структура и объем. Диссертация включает в себя текст диссертации, изложенный на 131 странице, состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 244 наименования. Работа содержит 10 приложений,

13 таблиц и 26 рисунков.

Благодарности. Считаю своим долгом высказать слова благодарности к.х.н., с.н.с. ХАЦ ИВЭП СО РАН Эйрих С.С. за помощь при выполнении работы, обсуждения и ценные замечания; Ускову Т.Н. за помощь в проведении экспедиционных работ и всем сотрудникам Химико-аналитического центра за предоставленные материалы и помощь при выполнении работы. Особую благодарность выражаю своему научному руководителю д.х.н. Папиной Т.С. за идею работы и постоянную помощь при ее выполнении.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, ее цель и задачи исследования, показана научная и практическая значимость.

В главе 1 представлены сведения о качестве природных вод и условиях их формирования. Проведен анализ источников загрязнения водоемов и рассмотрены наиболее распространенные методы оценки качества вод. Изучены особенности водного законодательства в Российской Федерации и

зарубежных странах.

В главе 2 даны характеристики и описание объектов, предмета и методов

исследования.

Водные ресурсы Оби в районе г. Барнаула (длина участка реки более 60 км) используются для судоходства, ирригации, рекреации, а также промышленного и хозяйственно-питьевого водоснабжения. При этом в

последнее время основной вклад в загрязнение реки вносит коммунальное водопользование, поскольку на его долю приходится около 70% от всего объема потребляемой городом воды.

Для оценки современного состояния поверхностных вод р. Обь в период 2005-2012 гг. были проведены экспедиционные работы. Карта-схема точек отбора проб представлена на рис. 1. Створ № 1 выбран в качестве фонового, поскольку он располагается выше зоны городского влияния. Створы 1Б и 2, расположены выше и ниже впадения протекающей по городской территории р. Барнаулки и характеризуют ее вклад в загрязнение вод Оби. Для оценки влияния сточных вод г. Барнаула на качество речных вод были выбраны створы наблюдения, расположенные выше и ниже выпусков сточных вод после систем очистки КОС-1 и КОС-2.

Рис. 1. Карта-схема точек отбора проб на р. Обь и в канализационных колодцах г. Барнаула (КК-1; КК-2; КК-3; КК-5)

Для оценки уровня загрязнения бытовых сточных вод г. Барнаула были выбраны 4 контрольных канализационных колодца (рис. 1), расположенные в разных районах города: Ленинском (КК-1), Индустриальном (КК-2) и Центральном (КК-3, КК-5). Для оценки суточной динамики загрязняющих веществ отбор проб воды в сточных водах из канализационных колодцев проводили четыре раза в течение дня. Отбор проб так же осуществляли на всех стадиях очистки на канализационно-очистньгх сооружениях КОС-1 и КОС-2. Для изучения сезонной динамики загрязняющих веществ в колодцах и на очистных сооружениях (КОС) отбор проб воды проводили в различные сезоны года: зимний, весенний и летний.

Оценку качества речной и сточных вод проводили по 24 гидрохимическим показателям - рН, ВВ, ХПК, БПК, ионы аммония, нитраты, нитриты, сульфаты, сульфиды, фосфаты, хлориды, цианиды и ТМ - Аэ, Сс1, Сг, Со, Си, Ре, Мп, РЬ, Zn. Основные гидрохимические показатели определяли

спектрометрическим методом с использованием спектрофотометра лабораторного DR/2800 и потенциометрическим методом на иономере И-500. Концентрации тяжелых металлов (As, Cd. Сг, Со, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии с использованием пламенного варианта атомизации (ацетилен - воздух) или электротермической атомизации (ЭТА) на приборе SOLAAR М-6. Содержание ртути определяли двумя методами: атомно-абсорбционной спектрометрией (метод «холодного пара») и атомно-флуоресцентным методом на приборе Mercur Dúo.

В главе 3 представлен анализ современного состояния качества воды р. Обь в районе г. Барнаула. Ретроспективные фоновые концентрации были взяты из отчета НИР (ИВЭП СО РАН) по Госконтракту № 081 от 17 декабря 2004 г «Обоснование предельно-допустимых вредных воздействий на водные объекты (участок р. Обь от г. Барнаула до г. Камень-на-Оби)», современные фоновые концентрации были рассчитаны в соответствии с «Методикой расчета нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей», (приказ № 333 от 17 декабря 2007 г.). Поскольку в настоящее время р. Обь присвоен статус водного объекта рыбохозяйственного назначения высшей категории, то для оценки уровня загрязненности воды р. Обь было проведено сравнение содержания определяемых показателей с их законодательно регламентированными предельно допустимыми концентрациями для вод рыбохозяйственного назначения (ПДКР.Х ). Анализ полученных данных показал, что в водах р. Обь выше города Барнаула (створ 1) содержание биогенных элементов группы азота и фосфат-ионов находится на уровне или ниже предела чувствительности метода определения. Для большинства тяжелых металлов их концентрации в фоновой точке невелики и не превышают ПДКрх.. Исключение составляют медь и марганец, концентрации которых превышают нормативы в 3-16 раз и в 2-5 раз соответственно в зависимости от гидрологического периода. Таким образом, для оценки влияния г. Барнаула и его сточных вод на качество речных вод Оби необходимо учитывать уже имеющийся природный фон и состояние реки выше города.

Сравнение ретроспективных (1989-2003 гг.) и современных (2005-2012 гг.) фоновых концентраций загрязняющих веществ в р. Обь показало, что для БПК5, нитратов, нитритов, сульфатов, хлоридов, Fe, Mn, Cu и др., отмечено незначительное снижение современной фоновой концентрации относительно ретроспективной (не более чем в 1,5-2 раза), в то время как для аммония, фосфатов, никеля и свинца наблюдается ее снижение в 5-7 раз. Исключение составляет цинк, по которому наблюдается повышение современной фоновой концентрации, что может быть связано с его поступлением с неэксплуатируемого шламонакопителя ОАО «Химволокно» в результате смыва в реку через протоку М. Болдин. Снижение фоновых концентраций нельзя однозначно объяснить улучшением экологической ситуации в р. Обь (выше г. Барнаула), это может быть также связано с совершенствованием аналитических методов определения, более корректного пробоотбора и пробоподготовки.

Среди сосредоточенных источников основной вклад в загрязнение исследуемого участка реки вносят р. Барнаулка, протекающая по территории города, и стоки канализационно-очистных станций КОС-1 и КОС-2. Река Барнаулка характеризуется высокими концентрациями по большинству гидрохимических показателей и практически по всем гидрологическим периодам. Оценить влияние р. Барнаулки на воды р. Обь можно, сравнив гидрохимические показатели в створах 1Б и 2, расположенные соответственно выше и ниже ее впадения в р. Обь (рис. 2).

5 Б04 , мг/л Ш Ре, мкг/л □ Мп, мкг/л

створ 1Б, р.Барнаулка створ 2, р.Обь р.Обь

ЕЗ Си, мкг/л □ К|, мкг/л

створ 1Б, р.Барнаулка створ 2, р.Обь р.Обь

Рис. 2. Влияние р. Барнаулка на качество воды р. Обь.

Содержание большинства гидрохимических показателей в створах 1Б и 2 имеют близкие значения. Несмотря на превышение концентраций сульфатов, железа и марганца в р. Барнаулке над их содержанием в Оби в 4-6 раз, загрязнения по этим показателям в створе ниже впадения р. Барнаулки не наблюдается (рис. 2). Из чего можно сделать вывод, что, несмотря на значительное загрязнение р. Барнаулки, за счет существующего разбавления (сток р. Барнаулки составляет менее 1% от стока р. Обь в месте ее впадения) она практически не влияет на качество вод р. Обь.

Исследование влияния сбросов сточных вод с канализационно-очистных станций КОС-1 и КОС-2 на качество воды р. Обь показывает, что поступление загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих ПДКрх, наблюдается в непосредственной близости от выходов труб с КОС-1 и КОС-2. Это выявлено для таких элементов, как фосфат-ионы и аммоний (рис. 3).

1МН/

Е выше КОС-1 3 КОС-1 3 ниже КОС-1

- ПДКр.х.

№

март 2012

2,8 т 2.1 , 1.4 0.7 -О

N114

ОВ выше КОС-2 И КОС-2 ЕЗ ниже КОС-2

ГЩКр.х.

¡1

август 2011

сентябрь 2011

март 2012

Рис. 3. Содержание ионов аммония в р. Обь вблизи выходов труб, а так же в створах выше и ниже КОС-1 и КОС-2

При этом ниже по течению реки концентрации резко снижаются, но небольшое остаточное влияние обоих КОС еще прослеживается. Среди определяемых тяжелых металлов превышение ПДКрх выявлено для Си, Мп и 2п. причем как вблизи выходов труб с КОС-1 и КОС-2, так и выше, и ниже по течению, тем самым отражая существующий высокий фоновый уровень содержания данных металлов на изучаемом участке реки (рис. 4).

* 16 т £

= 12 -

I выше КОС-1 ЕЯ КОС-1 ЕЗ ниже КОС-1

* ПДКр.х.

Г

пЗл

V

авгл/ст 201 1

сентябрь 201 1

март 2012

1 выше КОС-2 3 КОС-2

2 ниже КОС-2

- ПДКр.х.

1

август 2011 сентябрь март 2012 201 1

Рис. 4. Содержание ионов меди в р. Обь вблизи выходов труб, а так же в створах выше и ниже КОС-1 и КОС-2

Следует так же отметить, что объем сбрасываемых сточных вод с КОС-1 и КОС-2 превышает среднегодовой расход реки Барнаулки - в 2 раза, тем самым, сточные воды, особенно в меженный период года, оказывают большую, относительно р. Барнаулки, экологическую нагрузку на р. Обь в районе города. Кроме того, на участке между КОС-1 и КОС-2 происходит дополнительное загрязнение вод р. Обь в результате смыва в реку через протоку М. Болдин загрязняющих веществ с неэксплуатируемого шламонакопителя ОАО «Химволокно», а также с территории золошлакоотвала ТЭЦ-2 и иловых карт КОС-1 и КОС-2, расположенных в водоохранной зоне реки. Таким образом, влияние сточных вод и рассредоточенных источников загрязнения на качество воды р. Обь присутствует и требует учета при расчетах допустимых сбросов.

В главе 4 рассмотрена сезонная, суточная и пространственная динамика загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах. Анализ полученных данных показывает, что температура и рН изменяются незначительно в течение

суток.

Рис.

14-00 18-00

Время отбора

14-30 18-30 Время отбора

5. Содержание меди (колодец № 1) и хлорид-ионов (колодец № 2) в различное время суток

Си

-»- 24.02.2012

„ 500 -Е

« 375 -£ В

Ё" 250 125 --

сг

—-07.12.2011

Содержание взвешенного вещества, аммония, сульфатов, нитратов, мышьяка и кобальта слабо меняются в течение суток (обычно не более чем в 2 - 3 раза), БПК5, фосфаты и железо варьируют умеренно - в 3-6 раз, а содержание остальных исследуемых показателей варьирует значительно (от 10 до 80 раз) (рис. 5).

При этом для отдельных показателей такой разброс концентраций фиксировался не повсеместно, а только для определенного колодца, либо конкретной даты отбора.

9-00

14-00 18-00 21-00 Время отбора

С1Ч~

-»— 28.05.2012

Рис. 6. Суточные изменения концентраций хрома (колодец № 2) и цианид-ионов (колодец № 1)

Так, например, это было зафиксировано для хрома в колодце № 2 в дневное время (рис. 6), что может быть связано с залповым выбросом соединений хрома при сбросе в канализацию сточных вод мелких производств (кожевенного, красильного или производства эмалей). Аналогичные разовые максимальные концентрации наблюдались для взвешенных веществ, аммонийного азота, хлоридов, цианидов. В целом, сезонных закономерностей изменения содержания загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах г. Барнаула не выявлено. При сравнении, как суточных, так и сезонных диапазонов изменения содержания загрязняющих веществ в бытовых сточных водах различных колодцев, было отмечено, что колодцы № 2 и № 3 отличаются максимальным разбросом концентраций, т.е. неоднородностью сточных вод по содержанию загрязняющих веществ. При этом наиболее загрязненными по большинству показателей являются сточные воды колодцев № 1 и № 2, расположенных в Ленинском и Индустриальном районе, которые являются наиболее густонаселенными районами г. Барнаула.

В главе 5 приведен способ расчета «фоновых концентраций» загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах г. Барнаула, выявлены лимитирующие факторы, определяющие допустимый уровень содержания загрязняющих веществ в сточных водах, и на основе полученных результатов выполнен расчет нормативов допустимых сбросов.

В качестве «точки отсчета» при приеме промышленных сточных вод в городскую канализацию мы предлагаем ввести понятие «фоновая концентрация вещества в коммунальных сточных водах», т.е. концентрация, характеризующая средний уровень загрязнения данным веществом коммунальных сточных вод в пределах сезонных и суточных колебаний. Для

оценки фоновых концентраций мы предлагаем взять за основу методику расчета регионального естественного фона (Методика расчета нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей, приказ № 333 от 17 декабря 2007 г.).

Значения фоновых концентраций загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах мы предлагаем определять по нижней и верхней границам доверительного интервала (90 % уровня доверия) для среднего значения ряда наблюдений по соотношениям.

(1а) СМ,=СГ±^ (16)

у1П V«

где Ср,ф - фоновая концентрация вещества в коммунальных сточных водах, поступающих от жилых кварталов г. Барнаула;

среднее значение концентрации используемой выборки; 5- величина среднего квадратичного отклонения; г0,д - коэффициент Стьюдента, зависящий от величины выборки; п - количество членов выборки.

Фоновая концентрация по нижней границе доверительного интервала (уравнение 1а) может быть рекомендована в качестве ДК для промышленных предприятий, сбрасывающих сточные воды в городскую канализацию, поскольку в этом случае их сточные воды заведомо не будут ухудшать исходное состояние коммунальных сточных вод и даже наоборот обеспечивать небольшой разбавляющий эффект. При этом для гарантированной очистки сточных вод очистные сооружения городских коммунальных служб должны справляться с концентрациями загрязняющих веществ, соответствующими верхней границе (уравнение 16) доверительного интервала.

Для оценки влияния промышленных стоков на состав сточных вод было проведено сравнение фоновых среднесуточных концентраций (нижняя и верхняя границы) загрязняющих веществ в исследуемых колодцах с их содержанием в смешанных сточных водах (бытовые + промышленные), поступающих на КОС-1 и КОС-2. _

ро4

¡ь *

! л 1 я щ

■« ия

Р -1—ЫУИ-1— я щ

граница фона

вход на КОС-1

вход на верхняя КОС-2 граница фона

нижняя вход на граница КОС-1 фона

Рис. 7. Границы фоновых концентраций фосфат-ионов и меди и их средние содержания в смешанных сточных водах на входах на КОС-1 и КОС-2

Наши исследования показали, что содержание большинства загрязняющих веществ в смешанных сточных водах, поступающих в системы городской очистки (вход на КОС-1 и КОС-2) в основном находится в пределах

варьирования фоновых концентраций ближе к нижней границе фона (рис. 7). Для БПК5. сульфатов и свинца наблюдается незначительное, а для сульфидов, цинка, кадмия - существенное разбавление. Отсюда следует, что в настоящее время промышленные сточные воды не ухудшают качество коммунальных

сточных вод г. Барнаула.

В целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду, при выпуске сточных вод, для водопользователей устанавливаются нормы сброса (ДК) загрязняющих веществ. Так в г. Барнауле до недавнего времени действовало постановление администрации № 1557 от 02.06.2002 (ДК 1), в котором был приведен перечень и допустимые концентрации загрязняющих веществ, принимаемых и запрещенных к сбросу в системы канализации. В настоящее время действует постановление № 2557 от 30.08.2010 (ДК 2), в котором приведен перечень загрязняющих веществ и указано, что сброс веществ, отсутствующих в перечне допускается в соответствии с нормативами качества водных объектов рыбохозяйственного назначения (ПДКрх). Для оценки объективности значений установленных и ранее используемых ДК загрязняющих веществ, принимаемых в систему канализации г. Барнаула, мы сравнили ДК этих веществ с фоновыми современными (2005-2012 гг.) концентрациями в р. Обь и ПДК для водных объектов рыбохозяйственного

назначения (таблица 1).

Из таблицы 1 следует, что по марганцу установленные ДК 2 ниже фоновых концентраций в р. Обь в районе г. Барнаула, а по таким показателям, как кадмий, сульфаты, сульфиды и хлориды на уровне или ниже ПДКР х. Анализ изменения нормативов ' (от ДК1 к ДК2) для схожих по процессу очистки веществ показал, что для одних современные нормы ДК понижаются, а для других повышаются.

Таблица 1 - Сравнение допустимых концентраций (ДК) загрязняющих веществ, поступающих в систему канализации г. Барнаула, с фоновыми

Показатель ДК сточных вод г. Барнаула Фон выше г. Барнаула ПДКр.х.

ДК 1 ДК 2

БПК5, мгО/л 90 40 1,1 2

NH4+, MrN/л 14 7,8 0,04 0,4

SO42". мг/л 100 56 11 100

S2\ мг/л 1,0 0,005 0,0015 0,005

Cl", мг/л 60 75 2,4 300

СК\мг/л 0,01 0,05 0,02 0,05

Мп, мкг/л _ 10 13 10

Cd, мкг/л 500 5 0,05 5

Си, мкг/л 200 10 3,7 1

Fe, мг/л 3,6 1,3 0,044 0,1

РЬ, мкг/л 10 6 0,14 6

Zn. мкг/л 500 70 10 10

Ni, мкг/л 60 130 0,62 10

Так по железу, меди, цинку, свинцу и кадмию нормы новых ДК 2 снижены порой существенно, в то время как для никеля и алюминия они повышены. Если снижение ДК можно объяснить разницей между ПДКк.б и ПДКрХ, которую необходимо учитывать при переходе р. Обь в разряд рыбохозяйственного водоема, то повышение ДК объяснить трудно.

Для предприятий, сбрасывающих сточные воды на очистку в систему городской канализации, устанавливаются нормативы допустимого сброса. При расчете Сцдс мы руководствовались общепринятой «Методикой расчета нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей», в соответствии с которой в настоящее время производятся все расчеты НДС. Поскольку расстояние между выпусками сточных вод КОС-1 и КОС-2 по реке составляет 20 км, то по методике их можно рассматривать, как одиночные выпуски. Поскольку, согласно нашим данным, значительный вклад в загрязнение данного участка реки вносит смыв в реку загрязняющих веществ (в первую очередь Zn) через протоку М. Болдин, то при расчете ДК в стоках с КОС-2 для веществ, фоновые концентрации которых в выше расположенном створе превышали ПДКрх, мы использовали значение фоновых концентраций, принятых для участка реки выше города, если они также превышали значения ПДКрх Если не превышали, то ДК принимали равным ПДКрх Так как сброс сточных вод после КОС-1 и КОС-2 производится через рассеивающие выпуски, то, согласно методике, используется следующая формула для расчета Сндс:

Сндс=п(Спдк - Сф) +Сф , для Со < Спдк (2)

Сндс= Сф , для Сф > Спдк (3)

Сндс= Сет , если СФ Сет <Сндс (4)

где Спдк = ПДКр х;

Сф - фоновая концентрация выше сброса сточных вод; Сет, - концентрация вещества в очищенных сточных водах; п- кратность разбавления в створе начального разбавления.

Поскольку данная методика предназначена для расчета НДС веществ в водные объекты, то целью ее применения (адаптации) для расчета нормативов допустимого сброса загрязняющих веществ со сточными водами, поступающими в систему центрального водоотведения, мы выявили лимитирующие факторы. В качестве них могут выступать:

1) фоновые концентрации веществ в реке (река, фон), если Сф>ПДКрх.;

2) ПДКрх., если Сф<ПДКрх<Сст;

3) фоновое содержание в очищенных сточных водах (фон СВ), если Сст<

Сф;

4) концентрации характерных для сточных вод загрязняющих веществ в канализационных колодцах (колодец) с учетом нижних границ их фоновых концентраций (формула 1а).

В таблице 2 приведены результаты расчета ДК (Сндс) Для предприятий г. Барнаула, сбрасывающих стоки в городскую канализацию, и определяющий их лимитирующий фактор.

Таблица 2 - Расчетные значения допустимых концентраций (ДК) веществ, принимаемых от абонентов в систему канализации г. Барнаула_

Наименование вещества ДК для КОС-1, мг/л ДК для КОС-2, мг/л Лимитирующий фактор

1 БПК5 259 259 колодец

2 Аммоний (по К) 24 24 колодец

3 Нитриты 0.24 0,34 река

4 Фосфаты (по Р) ¡3,3 3,3 колодец

5 Хлориды 102 100 фон СВ

6 Сульфаты 75 75 фон СВ

7 Сульфиды 0,6 0,6 колодец

8 Железо 0,34 0,34 фон СВ

9 *Кобальт 0.39 0,30 фон СВ

10 *Марганец 81 19 река

11 *Медь 8 20 река

12 *Мышьяк 0,7 0,7 фон СВ

13 *Никель 6 6 фон СВ

14 *Свинец 1,0 1,0 фон СВ

15 *Цинк 37 37 колодец

* - мкг/л

Как видно из таблицы 2 для большинства определяемых элементов лимитирующим фактором является фон коммунальных сточных вод, для БПК5, ионов аммония, фосфатов, сульфидов и цинка - канализационные колодцы, а для меди и марганца - река, что связано с загруженностью ее фона.

Учитывая загруженность фона реки Обь по марганцу, меди и цинку (дополнительно в районе КОС-2 по БПК5), необходимо жестко ограничивать поступление этих веществ в реку со сточными водами. Тогда как для таких показателей как нитраты, хлориды, сульфаты, цианиды и большинство тяжелых металлов (Аз, Сс1, Со, Сг, Бе, N4, РЬ) ДК можно устанавливать равным их современному фоновому содержанию в сточных водах, которое существенно ниже как нормативов ПДКР х, так и их фоновых концентраций в реке.

Практические рекомендации. Для расчета нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ со сточными водами предприятий, поступающих в систему центрального водоотведения, мы предлагаем следующую схему работ: 1) провести оценку современного состояния речной экосистемы с учетом сезонной динамики и влияния источников загрязнения; 2) выбрать репрезентативный фоновый створ(ы) и рассчитать фоновые концентрации загрязняющих веществ (ЗВ); 3) рассчитать «фоновые концентрации ЗВ в коммунальных сточных водах» с учетом суточных и сезонных колебаний; 4) оценить влияние промышленных стоков на общий состав сточных вод; 5) определить лимитирующие факторы и с их учетом рассчитать допустимые концентрации загрязняющих веществ.

Такой подход позволит представить реальную экологическую ситуацию на участке реки в зоне влияния города, и с ее учетом установить объективные и достижимые нормативы сброса загрязняющих веществ со сточными водами.

Основные выводы

¡.Проведена оценка экодого-гидрохимического состояния р. Обь в районе г. Барнаула.

■ Среди изучаемых показателей превышение ПДКрл. отмечено только для меди, марганца и цинка, что связано с их высоким фоновым содержанием на исследуемом участке реки.

" Для БПК5, нитратов, нитритов, сульфатов, хлоридов, Ре, Мп, Си наблюдается незначительное (1,5-2 раза), а для аммония, фосфатов, никеля свинца существенное (5-7 раз) снижение современных фоновых концентраций в воде р. Обь в районе г. Барнаула относительно ретроспективных данных. Для цинка отмечено повышение фоновой концентрации.

■ Несмотря на значительное загрязнение по ряду показателей, р. Барнаулка практически не влияет на качество вод р. Обь, в то время как рассредоточенный сток веществ с городской территории и сточные воды с КОС-1 и КОС-2 оказывают влияние на качество речной воды и требует учета при расчетах допустимых сбросов.

2. Изучена сезонная и суточная динамика содержания загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах г. Барнаула, предложен способ расчета фоновых концентраций загрязняющих веществ, сбрасываемых предприятиями в систему городской канализации.

■ Содержание загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах не зависит от гидрологического периода, но имеет определенную суточную динамику. При этом колодцы с малым расходом сточных вод отличаются максимальным в течение суток разбросом концентраций загрязняющих веществ.

■ Для оценки «фоновых концентраций загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах», предложено взять за основу методику расчета регионального естественного фона. Для промышленных предприятий, сбрасывающих сточные воды в систему городской канализации, допустимые концентрации (ДК) загрязняющих веществ необходимо устанавливать, с учетом нижней границы их фоновых концентраций в коммунальных сточных водах.

■ Установлено, что промышленные сточные воды не ухудшают качество коммунальных сточных вод г. Барнаула.

3. Предложен способ расчета научно-обоснованных нормативов допустимых концентраций (ДК) загрязняющих веществ в сточных водах предприятий при их приеме в систему городской канализации, учитывающий лимитирующие факторы, связанные как с условиями выпуска очищенных сточных вод в водный объект, так и фоновыми концентрациями загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах. Показано, что для г. Барнаула лимитирующими факторами при расчете ДК загрязняющих веществ в сточных водах предприятий являются: нижняя граница их фоновых содержаний в коммунальных сточных водах (БПК5, М{4+, РО„3', Б2", С№), фон реки

(взвешенные вещества. NOf, Mn, Си. Hg) и низкий фоновый уровень их содержания в коммунальных сточных водах (N03\ Cl", SO42", CN", Fe, Cd, Со. Ni, Pb, Cr+6)

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах из рекомендуемого перечня ВАК

1. Дрюпина, Е.Ю. Содержание загрязняющих веществ в коммунальных сточных водах г. Барнаула и их влияние на качество смешанных сточных вод / Е.Ю. Дрюпина, А.Н. Эйрих, С.С. Эйрих, Т.С. Папина // Известия АлтГУ. -

2014. - Т.1.-ЖЗ. - С. 182-187.

2. Дрюпина, E.IO. Влияние крупных городов на качество речных вод (на примере р. Обь в районе г. Барнаула) / Е.Ю. Дрюпина, А.Н. Эйрих, С.С. Эйрих, Т.С. Папина // Вода: химия и экология. - 2014. - № 7. - С. 3-9.

3. Носкова, Т.В. Исследование качества снежного покрова г. Барнаула / Т.В. Носкова, А.Н. Эйрих, Е.Ю. Дрюпина, Т.Г. Серых, Е.А. Овчаренко, Т.С. Папина // Ползуновский вестник. -2014. -№3. - С. 208-212.

Публикации в материалах научных мероприятий

1. Дрюпина, Е.Ю. Исследование пространственного распределения микроэлементов речной экосистемы (на примере р. Обь в районе г. Барнаула) / Е.Ю. Дрюпина, А.Н. Эйрих // Химия и химическая технология в XXI веке: Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. -С. 272-273.

2. Дрюпина, Е.Ю. Содержание и распределение микроэлементов в воде бассейна Верхней Оби / Е.Ю. Дрюпина, А.Н. Эйрих // Материалы XXXVI Научной конференции студентов магистрантов, аспирантов и учащихся лицейных классов. Вып. 6. - Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2009. - С. 137-138

3. Дрюпина, Е.Ю. Расчет фоновых концентраций загрязняющих веществ в сточных водах, поступающих в систему городской канализации (при установлении допустимых концентраций для предприятий) / Е.Ю. Дрюпина, С.С. Эйрих, Т.С. Папина // Питьевая вода в XXI веке: Материалы научно-практической конференции. - Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2013 г. - С. 28-29.

4. Дрюпина, Е.Ю. Проблемы нормирования сточных вод при организации системы водоотведения крупных городов (на примере г. Барнаула) / Е.Ю. Дрюпина, Т.В. Носкова, С.С. Эйрих, Т.С. Папина // Питьевые воды Сибири-2014: Материалы научно-практической конференции - Барнаул: Принтэкспресс, 2014. - С. 70-77.

5. Dryupina, Е. Necessity of accounting of pollutions content in domestic wastewater to establish allowable discharge standards for the enterprises using the sewage disposai system / E. Dryupina, T. Noskova, S. Eyrikh, T. Papina // East meets West: IWA 6th Eastern European Young Water Professionals Conférence. -Turkey, 2014. - P. 701-707.

6. Noskova, T. Contemporary problems of the pretreatment and water quality of municipal wastewater (a case study of sewage system in Barnaul, Russia) / T. Noskova, E. Dryupina, S. Eyrikh, T. Papina // East meets West: IWA 6th Eastern European Young Water Professionals Conference. - Turkey, 2014. - P. 934-941.

Подписано в печать 23.10.2014

Печать трафаретная Усл. печ. л. - 1. Формат 60x90/16 Тираж: 100 экз. Заказ № 18 Типография ООО «АРБАТ» 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 52 (3852) 380-806, 366-580, 253-050 www.arbat-it.ru / www.printaltai.ru