Оценка потребности дорожной отрасли в очистных сооружениях

Рассмотрим количество очистных сооружений и потребную среднюю частоту их применения на трассах на примере разных дорог Северо-Запада (по материалам экологических обоснований проектов, выполненных ЗАО «Экотранс-Дорсервис»). Это позволит оценить ёмкость рынка очистных сооружений для автодорожного строительства и номенклатуру этих сооружений по их производительности.

Протяжённость автомобильных дорог общего пользования на Северо-Западе составляет около 90400 км. По анализу 12-ти рассмотренных проектов реконструкции и строительства автодорог определена средняя протяжённость участка трассы между водотоками, которая на Северо-Западе составляет 5,4 км.

Так как каждый водоток имеет водоохранную зону, все ливневые стоки с автомобильных дорог на пересечении с каким-либо водотоком согласно СниП 4.3.6 2.05.02 - 88 «Автомобильные дороги» [1] требуется организованно собирать и очищать. На участках между водотоками сбор и очистка ливневого стока не производится, т. к. этот сброс рассосредоточен по обочинам и кюветам. Очевидно, что в среднем на 5,4 километра длины дороги необходимо четыре очистных сооружения.

В практике дорожного строительства для очистки ливневых стоков используются либо локальные очистные сооружения заводского изготовления (ЛОС), либо гидроботанические пруды (ГБП).

В основе работы ЛОС лежат физические, химические и физико-химические процессы. Производительность таких очистных сооружений, как правило, лежит в пределах от 0,5 до 30 л/с. Очистка ливневых сточных вод с использованием ЛОС, в принципе, возможна до любых концентраций, но требует больших затрат на реагенты, фильтры, электроэнергию, работу обслуживающего персонала. Очевидно, что это дорогостоящий способ очистки.

В основе очистки ливневого стока с использованием ГБП лежат естественные биологические процессы самоочищения, протекающие в почве и водоемах. К этому способу очистки относят различные биологические пруды-отстойники, гидроботанические пруды производительностью от нескольких десятков л/с до нескольких сотен л/с. ГБП представляет собой пруд с высшей водной растительностью (ВВР) (до 100 стеблей на 1 м2 по дну и откосам), оснащенный фильтрующей кассетой и нефтесорбирующим плавающим боном. Биологические свойства ВВР способствуют очищению воды от различных загрязнителей, связывая и усваивая их в значительных количествах. В практике дорожного строительства ГБП впервые предложены в проектах ЗАО «Экотранс-Дорсервис» (патент № 2262488 «Способ очистки сточных вод», авторы Е. А. Леонов, А. Н. Птюшкин). Из всех способов очистки сточных вод этот способ наиболее экологичен, доступен и дешев. ГБП могут устанавливаться и для доочистки, и как резервные очистные сооружения в случаях аварийных ситуаций на ЛОС. ГБП эффективны в случаях сбора аварийного разлива нефти. Этот способ не требует подвода электричества, постоянного обслуживания и частой замены фильтрующих элементов. Поэтому он обеспечивает требуемую эффективность при меньших затратах. Способ очистки на ГБП более приемлем для дорожного строительства.

ГБП имеет все атрибуты локального очистного сооружения (ЛОС) механического типа, а именно: отстойник, коалисцирующие поверхности (стебли растений), фильтр, нефтесорбирующие материалы (бон с нефтесорбентом). Время отстаивания воды в прудах ГБП рассчитывается так, что оно как минимум в шесть раз превышает время отстаивания воды в ЛОС, что при идентичной физической сущности процессов должно приводить к более эффективному задержанию загрязняющих веществ в сточных водах. Кроме того, ГБП, будучи открытым водоемом, в отличие от ЛОС способствует более быстрой физико-химической деградации нефтепродуктов за счет аэрации, солнечного освещения, более высокой температуры, более интенсивной работы бактериоценозов, участвующих в разложении нефтяных углеводородов.

Следует отметить, что изготавливаемые в настоящее время ЛОСы специально не предназначены для автомобильных дорог и их типовой ряд по производительности часто не совпадает с требованиями характерными для автомобильных дорог. Это зачастую приводит к превышению требуемой производительности и неоправданному расходованию на ЛОС излишних средств. Анализ производительности 14 ЛОС на разных участках Кольцевой автомобильной дороги (КАД) вокруг Санкт-Петербурга показал существенную разницу между потребной и реализованной в конкретной ситуации производительностью. Производительность локальных очистных сооружений, установленных на КАД, превосходит требуемую в среднем на 50%. Аналогичная картина наблюдается, если рассматривать и другие проекты. Такое расхождение связано с тем, что производители не знают потребностей дорожной отрасли и выпускают ЛОС по типовому ряду, сформировавшемуся из других условий. Очевидно, что это влечёт за собой необоснованное расходование финансовых средств. Определение характерного ряда распределения потребной производительности для нужд автомобильных дорог позволит снизить затраты на очистные сооружения.

Для определения количества и частоты встречаемости (R%) тех или иных очистных сооружений по производительности (для ЛОС) и по принимаемому объему сточных вод (для ГБП) проведён анализ ряда экологических обоснований проектов, разработанных ЗАО «Экотранс-Дорсервис» для дорог Северо-Запада.

По производительности ЛОС и ГБП разбиты на характерные диапазоны. По анализу рассмотренных проектов определено количество ЛОС и ГБП, попадающих в назначенный диапазон по расчётному расходу стоков, и построено распределение относительного количества ЛОС и ГБП по заданным диапазонам производительности, требуемым в автодорожном строительстве (см. рис. 1.1, 1.2).

Рисунок 1.1 – Относительное количество требуемых ЛОС (R,%) в заданном интервале производительности.

Рисунок 1.2 – Относительное количество требуемых ГБП в заданном интервале по объему принимаемых сточных вод.

Из рис. 1.1 следует, что для дорог Северо-Запада наиболее необходимы ЛОС производительностью 0,5 л/с, они встречаются в 56% случаев, производительностью 1 л/с - в 17% случаев, производительностью 2 л/с – в 16% случаев.

Из рис. 1.2 видно, что для дорог Северо-Запада наиболее необходимы ГБП, принимающие за дождь объём стоков до 50 м3, они встречаются в 26% случаев, ГБП, принимающие объём до 100 м3 встречаются в 22% случаев, до 150 м3 - в 20% случаев.

Приведенные данные о количестве требуемых ЛОС и ГБП и их номенклатуре являются полезной информацией для производителей. Их учет позволит примерно в 1,5 раза снизить расходы на строительство очистных сооружений.

Экономические аспекты очистки ливневого стока на ГБП и на ЛОС рассматривались на примере КАД. Стоимость очистных сооружений принята в соответствии со сметными расчётами по проекту КАД, причём учитывались и строительно-монтажные работы.

Для удобства сравнительного анализа рассматривался удельный показатель, который определялся как отношение средних капиталовложений в сооружение к единице объёма очищаемых ливневых сточных вод за первый год эксплуатации. В результате сравнения установлено, что очистка единицы объёма сточных вод на ГБП в 3-5 раз дешевле, чем на ЛОС.

Представляет интерес оценка общей потребности в очистных сооружениях для дорог Северо-Западного федерального округа. Общая протяженность дорог в Северо-Западном округе составляет 90400 км. На них находится около 16740 пересечений с водотоками. В ближайшие 10-15 лет потребуется реконструкция практически всех указанных дорог, при которой необходимо будет установить около 67 тысяч ЛОС или ГБП. Ежегодные финансовые затраты на установку ЛОС в этом случае составят не менее 10 млрд. руб., а финансовые затраты на ГБП составят не менее 2 млрд. руб.

Оценка количества нефтепродуктов, взвешенных веществ и тяжелых металлов, попадающих на полотно автомобильных дорог, а также расчеты требуемых параметров производительности очистных сооружений ливневых стоков позволяют сделать следующие выводы:

1. Определение концентрации нефтепродуктов в ливневом стоке с автомобильных дорог можно проводить с использованием предложенной нами расчетной формулы.

2. Концентрация взвешенных частиц в ливневых стоках не превышает 300 мг/л при штатном режиме содержания дороги.

3. Концентрации нефтепродуктов, взвешенных веществ, тяжелых металлов (за исключением кадмия) в ливневых стоках с автомобильных дорог превышают допустимые значения.

4. Для дорог Северо-Западного региона потребность в очистных сооружениях составляет в среднем 4 сооружения на 5,4 км дороги (0,741 шт./км).

5. Производительность устанавливаемых сегодня очистных сооружений, как правило, превосходит требуемую производительность примерно в 1,5 раза, что связано с незнанием производителями необходимого номенклатурного ряда очистных сооружений для дорожной отрасли.