Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
Курочкина Валентина Александровна
ФОРМИРОВАНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУСЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В ВОДОТОКАХ НА
УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва
2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
Московский государственный строительный университет
Научный руководитель: доктор технических наук,
профессор
Боровков Валерий Степанович
Официальные оппоненты: Суздалева Антонина Львовна
доктор биологических наук,
профессор, ОАО "Научно-исследовательского института энергетических сооружений", отдел экологических проблем энергетики, начальник отдела
Дмитриева Ирина Львовна
кандидат химических наук,
доцент,
ФГБОУ ВПО Московский
государственный университет природообустройства, кафедра химии, доцент
Ведущая организация: ГУП Мосводосток
Защита состоится 27 июня 2012 г. в 14 час 00 мин. на заседании
диссертационного совета Д. 212. 138. 07 при ФГБОУ ВПО
Московский государственный строительный университет по адресу:
129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. №9 Открытая сеть.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО Московский государственный строительный университет.
Автореферат разослан л_______ ____________ 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Потапов Александр Дмитриевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Актуальность диссертационных исследований определяется необходимостью улучшения экологического состояния городских водных объектов, находящихся в условиях негативного воздействия комплекса антропогенных и техногенных факторов, приводящих к их прогрессирующему заилению и деградации.
Для разработки инженерных природоохранных мероприятий по реабилитации городских водных объектов необходимы научно-обоснованные методы прогнозирования процессов накопления загрязненных донных отложений, база данных по загрязненности тяжелыми металлами и токсичными веществами, анализ их миграции, из донных отложений в водную массу, обоснованные требования для удаления отложений из речных русел и водоемов.
Для оценки влияния донных отложений на общее экологическое состояние водных объектов и прилегающих пойменных территорий и зон рекреации рассмотрена возможность оценки экологической опасности загрязненных донных отложений на основе изучения миграции тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений.
Область и объекты исследований
Область исследований - формирование и оценка загрязненности донных речных отложений на урбанизированных территориях, процессы переноса примесей из донных отложений в речную воду и миграция тяжелых металлов из загрязненных грунтов в растения.
В качестве объектов исследований миграции соединений тяжелых металлов из загрязненных грунтов в воду и растения выбраны загрязненные донные отложения водных объектов города Москвы и некоторые виды растительных культур.
Рабочая гипотеза
Улучшение экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях может быть достигнуто удалением донных отложений с учетом их загрязненности, объемов и распределения в речных руслах с предварительной оценкой их экологической опасности.
Цель и задачи исследований
Цель диссертационных исследований - изучение процессов формирования загрязненных донных отложений на урбанизированных территориях, процессы миграции химических соединений тяжелых металлов из загрязненных грунтов в воду и растения для обоснования мероприятий по улучшению экологического состояния городских водных объектов, включая их очистку.
Задачи исследований:
1. выявить источники загрязнения водных объектов на городских территориях с оценкой степени влияния каждого из источников на качество воды и состояние речного русла;
2. разработать метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий для определения объемов загрязненных отложений при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ;
3. установить характер и степень влияния факторов, влияющих на осаждение мелкодисперсных взвесей и последующее формирование слоя загрязненных отложений в речных руслах;
4. исследовать загрязненность донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов
5. исследовать миграцию тяжелых металлов из донных отложений в водную массу в статических условиях, условиях движения воды а также при разгрузке в водный объект грунтовых вод
6. определить степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности.
Метод исследований
Экспериментально-аналитический, с использованием апробированных подходов и зависимостей, отражающих поведение мелкодисперсных взвесей в водном потоке и описывающих диффузионные массообменные процессы между водой и донными отложениями с проверкой полученных зависимостей данными лабораторных измерений, выполненных на сертифицированном оборудовании по стандартным методикам.
Достоверность результатов исследований обусловлена соответствием представлений о гидравлических и физических факторах, определяющих массообменные процессы, результатам ранее проведенных исследований других авторов; применением апробированных методик и стандартной измерительной техники, тщательным проведением основных и контрольных опытов.
Научная новизна результатов исследований:
1. Установлены источники загрязнения водных объектов на городских территориях с оценкой степени их влияния на качество воды и состояние речного русла.
2. Разработан метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий, определены объемы загрязненных отложений при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ.
3. Установлены особенности осаждения взвесей в водном потоке, определены факторы, влияющие на формирование слоя загрязненных отложений в речных руслах.
4. Установлена высокая степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов, концентрация которых в некоторых случаях превышает в десятки и сотни раз ПДК для воды.
5. Исследованы миграция тяжелых металлов из донных отложений в водную массу в статических условиях, в условиях движения воды с различной скоростью и при разгрузке грунтовых вод в водный объект. Установлена зависимость диффузионного процесса от концентрации примесей в растворах поровых отложений, крупности частиц, гидравлических характеристик водного потока и скорости фильтрации.
6. Определена степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности.
Практическая значимость исследований заключается:
- в научно-методическом обеспечении методов воздействия на процессы формирования загрязненных русловых отложений и их удаление для улучшения экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях;
- оценке степени экологической опасности загрязненности речных русел, затапливаемых пойм и зон рекреации при экологическом мониторинге водных объектов;
- усовершенствовании учебного процесса по специальности Инженерная защита окружающей среды.
На защиту выносятся:
- метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий;
- зависимости, характеризующие распределение взвесей в водном потоке и осаждение их в речное русло;
- состав и степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов;
- методика экспериментальных модельных исследований.
- зависимость скорости миграции примесей из отложений от их концентрации в поровых растворах, крупности частиц, гидравлических характеристик водного потока и скорости инфильтрации;
- коэффициенты перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений;
Апробация диссертации
Результаты исследований обсуждались на совместном заседании кафедр инженерной геологии и геоэкологии, гидравлики, гидроэнергетики и использования водных ресурсов Московского государственного строительного университета, а также:
- на 4-й научной конференции молодых ученых, МГСУ, 2001;
-XIII Международной межвузовской научно-практической конференции Строительство - формирование среды жизнедеятельности, апрель 2010 г.
Основные положения диссертации опубликованы в 8-и научных статьях, в том числе 7 в рецензированных изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, включающих общие выводы и рекомендации, списка литературы и приложений; работа изложена на 185 страницах машинописного текста включая 56 рисунков и 27 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации; сформулированы рабочая гипотеза, цель и задачи исследований; описана методика экспериментов; обоснованы достоверность и научная новизна результатов, практическая значимость выводов и рекомендаций.
В первой главе рассматриваются техногенное и антропогенное воздействие на реки как фактор, приводящий к загрязнению воды и русел рек на урбанизированных территориях [В.С. Боровков, К.М. Беркович, К.Н. Дьяконов, А.Б. Иванов, М.И. Итигилова, И.Ф. Карасев, В.В. Куприянов, Н.И.Маккавеев, И.С. Пашковский, Б.Г. Скакальский, Б.С. Устюжанин, Р.С.Чалов, Г.М. Черногаева, А. Brookes, S. Hartley]. Приводятся данные, указывающие на преобладание процессов заиления рек во многих регионах РФ, особенно Центральном и Уральском регионах, имеющих развитое промышленное производство. Поскольку твердый сток с водосборных площадей выносится в речные системы водным стоком, который в этом процессе он выполняет роль транспортного механизма. По этой причине качество поверхностных вод оказывается напрямую связано с загрязненностью речных русел.
Рассмотрены факторы, влияющие на качество речной воды, и существующий метод классификации загрязненности водных объектов на основе индекса загрязненности воды (ИЗВ), учитывающий суммарные относительные концентрации шести лимитируемых показателей вредности. С использованием ИЗВ показано, что базовые водные объекты (донные отложения которых подвергались детальному исследованию в настоящей работе) по качеству воды относятся к классу сильно загрязненных водных объектов.
По характеру влияния загрязняющих примесей воды на состояние речных русел предлагается их разделение на два больших класса: химические загрязнения, представляющие собой растворимые химические соединения, и нерастворимые формы загрязняющих веществ, присутствующих в воде в виде грубодисперсных примесей и мелкодисперсных взвесей, которые объединяют в класс так называемых мутьевых загрязнений. Рассмотрен вклад факторов урбанизации, оказывающих влияние на загрязненность водотоков, в том числе: промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с городской территории, грунтовые, дренажные и поливомоечные воды. Показано, что основной вклад в химическое загрязнение речной воды вносят: промышленные и хозяйственные сточные воды - до 48 %; дождевые и талые воды - до 36 %. По нерастворимым (лмутьевым) формам наибольший вклад в загрязнение вносит поверхностный сток с городской территории - до 80%; сравнительно малый вклад добавляет отведение условно-чистых сточных вод - около 2 %. Натурные изыскания на городских водных объектах показали, что мелкодисперсные взвеси, обладающие развитой удельной поверхностью, адсорбирующие значительное количество загрязняющих примесей, осаждающиеся в речное русло, являются основным фактором его загрязнения. По этой причине в комплексе мероприятий по экологической реабилитации городских водных объектов очистка поверхностного стока с урбанизированных территорий является одним из важнейших элементов.
Под влиянием антропогенной техногенеза нагрузки поступление в водотоки загрязнений постоянно увеличивается, что приводит к ухудшению состояния или деградации водных объектов [В.А. Алексеенко, В.С. Аржанова, А. Вельнер, Е.В. Венецианов, М.А. Глазовская, Е.П. Нахшина, О.Н. Черных, Е.П. Чернышев, А.А.Суздалева, Дж. Фортескью]. По данным различных авторов наиболее опасными загрязнителями донных отложений являются соединения тяжелых металлов [Е.П. Янин], концентрация которых в донных отложениях существенно превосходит уровень фонового загрязнения почв на водосборной территории, а также в десятки и сотни раз превышает ПДК для воды. Накопление значительного количества примесей в донных грунтах повышает градиент концентрации загрязняющих веществ, что способствует активизации процесса диффузии вредных примесей из донных отложений в речную воду, вторичному загрязнению и ухудшению качества воды. Процесс деградации водного объекта можно приостановить только целенаправленным воздействием на определяющие факторы. Для снижения степени загрязнения воды и прогнозирования ее качества необходимо учитывать гидродинамические характеристики потока, влияющие на русловые процессы. Уменьшение вторичного загрязнения и улучшение качества воды может быть достигнуто воздействием на гидравлический режим водного объекта и другими способами, снижающими темп осаждения мелкодисперсной взвеси, либо очисткой русла от загрязненных донных отложений, а также комбинацией указанных способов. Влияние на экологическое состояние водных объектов каждого из способов очистки значительно, поэтому очистка русел рек является необходимым мероприятием в составе комплекса мер по реабилитации водных объектов на урбанизированных территориях.
Во второй главе выполнены расчетно-аналитические исследования процессов формирования загрязненных донных отложений в речных руслах на урбанизированных территориях, необходимые для обоснования мероприятий и технологий и по их удалению.
Предложено условие осаждения частиц в водном потоке
(1)
где, т, в - плотность твердых частиц и воды; d - крупность частиц; Сп - коэффициент подъемной силы; u - скорость потока, обтекающего частицу.
Данное соотношение позволяет определить наименьшую крупность частиц взвеси, осаждающихся в водном потоке с заданной скоростью течения.
Скорость осаждения частицы в турбулентном потоке W определяется разностью между силой тяжести, Архимедовой силой и гидродинамической подъемной силой
(2)
где CD - коэффициент сопротивления
В турбулентном потоке осаждение возможно при W больше вертикальной пульсации скорости VТ.
На основании уравнения баланса наносов, осаждающихся в потоке (3)
(3)
получено изменение концентраций взвеси в виде следующей зависимости
(4)
где H- глубина потока, С-концентрация взвеси, C0 - концентрация взвеси в начальный момент, t- время.
Полученное выражение показывает, что осаждение взвесей происходит более интенсивно в прибрежных зонах с малыми глубинами потока, что подтверждается данными натурных изысканий. На узких и глубоких участках русла скорость течения повышается, процесс осаждения сменяется процессом размыва русловых грунтов, и содержание взвесей в потоке возрастает. На участках расширения русла скорости течения уменьшаются, процессы размыва сменяются процессами осаждения взвесей, что согласуется с данными наблюдений ВодоканаНИИпроект за прохождением половодий по реке Москве в пределах города.
При разработке инженерных мероприятий по очистке загрязненных речных русел необходимы критерии опасности донных отложений. Данные, полученные на основе анализа процессов миграции вредных веществ из донных отложений в воду и растения, могут служить показателями экологического состояния почвенно-биологических ресурсов.
Решение вопроса об очистке водоема требует сведений по объемам загрязненных донных отложений и их распределению в русле реки. Обычно эти данные могут быть получены на основе детальных русловых исследований, включающих бурение большого числа скважин с анализом проб русловых грунтов, что является сложным и дорогостоящим мероприятием. В связи с этим на предварительных этапах рассмотрения вопроса об очистке загрязненного русла реки предлагается расчетный метод определения объема загрязненных отложений и их распределения в проточных водных объектах.
Методика расчета основана на использовании среднестатистического показателя объема взвесей, поступающих в речную сеть с урбанизированных территорий в год в расчете на одного жителя. Этот показатель отражает плотность городского населения, интенсивность хозяйственно-бытовых стоков, объемов поверхностного стока, техногенную и антропогенную нагрузку на территорию и связан с количеством промышленных сточных вод. При этом объем аккумулированных отложений Vос в водотоки в пределах урбанизированной территории может быть определен по формуле
(5)
где N - численность жителей города; Т - период накопления загрязнений; q - среднестатистическая величина годового твердого стока равная 0,02 м3 на одного жителя в год.
Определение толщины слоя отложений и протяженности загрязненных участков русла производится согласно следующему алгоритму:
где В - ширина зон заиления в русле; L Ц протяженность заиленного участка русла; V - скорость течения в межень; H - средняя глубина реки; W - скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность); Q - расход воды в реке.
Расчетные годовые объемы аккумуляции отложений на городских участках рек РФ приведены на диаграмме (рис.1).
Рис.1. Годовые объемы аккумуляции отложений на городских участках рек РФ
Результаты расчетов, выполненных с использованием предлагаемой методики, показывают, что годовые объемы аккумуляции взвесей в речных руслах на урбанизированных территориях могут достигать в год от 10 до 50 тыс. м3, при этом протяженность загрязненных участков колеблется от 2 до 18 км. Анализ, выполненный для 54 городов РФ, позволил установить, что суммарная протяженность загрязненных участков рек составляет 375 км, объем загрязненных отложений достигает 117,6 млн. м3, а ориентировочная стоимость очистки - 140 млрд. руб.
В третьей главе приведены задачи экспериментальных исследований, план экспериментов, методика и техника измерений.
Экспериментальные исследования выполнялись по следующим направлениям:
1 количественный и качественный анализ загрязненности донных отложений водотоков на урбанизированных территориях с оценкой с уровня их экологической опасности.
2. Исследование миграции тяжелых металлов из загрязненных донных отложений в растения, которые использовались в качестве биоиндикаторов их загрязненности.
3. Выявление факторов, определяющих интенсивность и длительность процесса вторичного загрязнения речной воды вследствие диффузии примесей из донных отложений с речную воду.
В качестве исходных объектов исследования использовались загрязненные русловые отложения р. Яузы и природные незагрязненные грунты однородной консистенции (плодородные почвы), а также их смеси в весовых соотношениях от 34 % до 79 %. Таким образом, было исследовано 56 грунтов и грунтовых смесей.
Пробы грунта анализировались согласно РД 52.18.191-89.
Поскольку наиболее опасными загрязнителями являются соединения тяжелых металлов, программой экспериментальных исследований предусматривалось определение 9 элементов, в том числе: кадмий, кобальт, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, хром и цинк. Таким образом, было выполнено 1008 элементо-определений содержания тяжелых металлов в грунтах и грунтовых смесях.
В экспериментах определялись концентрации валовых и подвижных форм тяжелых металлов, отличающиеся процедурой пробоподготовки. Для определения валового содержания соединений тяжелых металлов пробоподготовка производилась с использованием микроволнового разложения с добавлением концентрированной азотной кислоты в системе Марс Экспресс СЕМ. Подвижные формы тяжелых металлов извлекались ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН = 4,8.
Характерным загрязнением для водотоков на урбанизированных территориях являются также нефтепродукты. Для определения содержания нефтепродуктов использовался экспрессный вариант ИК-спектрометрического анализа, разработанный для бензинов и автола.
Для оценки экологической опасности загрязненных отложений изымаемых при очистке речных использовалось биотестирование. В качестве тестовых биообъектов использование злаковых культур (пшеницы, ржи, ячменя овса и проса), пасленовых (томатов), а также однолетние травянистые растения семейства тыквенных (тыкв).
Методикой предусматривалось сопоставление темпов роста растений, выращенных на смесях грунта с донными отложениями, а также оценка миграции тяжелых металлов в растения и установление характера их влияния на темп роста и жизнеспособность растений. Растения выращивались в лабораторных условиях на грунтах и грунтовых смесях с различным содержанием загрязняющих примесей, которое подвергалось контролю. Опыты по выращиванию растений производились в течение трех недель, после чего растения срезались, высушивались и озолялись. Определение тяжелых металлов в растениях производилось с использованием атомно-абсорбционного метода после кислотной экстракции их из золы в соответствии с методикой, разработанной НИИ минерального сырья.
В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований:
- по установлению загрязненности донных отложений в водотоках на урбанизированных территориях и степени их экологической опасности;
- сопоставлению темпов роста растений, выращенных на смесях грунта с донными отложениями;
- выявлению миграции соединений тяжелых металлов в растения (тестовые биообъекты) из грунтовых смесей с различным процентным содержанием добавок загрязненных донных отложений;
- изучению диффузии примесей из загрязненных донных отложений в водные массы в статических условиях и при движении воды с различной скоростью, а также в условиях воздействия фильтрации.
В связи с отсутствием предельно допустимых концентраций (ПДК) для оценки степени загрязненности донных отложений установленные опытным путем концентрации тяжелых металлов сопоставлялись с их ПДК для почв и водных объектов культурно-бытового назначения, а так же с опытными данными по концентрации тяжелых металлов в донных отложениях, полученными другими авторами (Янин, 2006). Установлено, что содержание ТМ в донных отложениях в водотоках на территории г. Москвы в 100...1000 раз превышает ПДК для воды (рис. 2).
Рис. 2. Отношение содержания ТМ в донных отложениях к ПК примесей в воде, мг/кг
В результате было зафиксировано в среднем пятикратное превышение содержания ТМ в донных отложениях по отношению к уровню фонового загрязнения почв г. Москвы.
На основе исследования загрязненности и экологической опасности донных отложений, полученных данных по содержанию ТМ, загрязненные донные отложения базового водного объекта , которые использовались для анализов и выращивания растений, можно отнести к классу сильно загрязненных донных отложений, которые подлежат удалению, переработке и утилизации с применением специальных защитных мероприятий.
Выполненные анализы по содержанию подвижных форм соединений тяжелых металлов в загрязненных донных отложениях и грунтовых смесях показали, что их доля по отношению к валовому содержанию составляет от 10 до 20 %, и только для цинка достигает 40 %. Установлено также, что содержание подвижных форм в грунтовых смесях возрастает с увеличением доли загрязненных отложений.
В пятой главе. представлены результаты экспериментальных исследований миграции примесей в системе грунт - вода.
Процессы деструкции примесей в донных отложениях приводят к образованию высококонцентрированных поровых растворов, которые диффундируют в речную воду и вызывают ее вторичное загрязнение. Лабораторные исследования массообменных процессов между донными отложениями и водной массой производились в статических условиях, а также в кольцевом канале при движении воды над слоем отложений с различной скоростью при числах Рейнольдса от 42240 до 85200. Толщина слоя отложений составляла 40 мм, глубина водного потока 60 мм.В качестве модельных примесей в опытах использовались растворы поваренной соли и нефтепродукты (смеси бензина и автола). Исследования миграции примесей из донных отложений в водную массу производились также в условиях фильтрации через грунтовый массив при различной крупности частиц грунта. Обработка результатов измерений производилась на основе закона Фика.
(6)
где Спр - предельная концентрация примеси в слое грунта; С - концентрация примеси в воде; S - площадь поверхности контакта воды с донными отложениями; - толщина диффузионного слоя; t Цвремя; Dм - коэффициент молекулярной диффузии примеси.
Обработка приведенных данных показала, что крупность зерен грунта, изменяющаяся в пределах от 0,63 мм до 0,07 мм, при отсутствии фильтрации не оказывает заметного влияния на процесс переноса примесей. Это объясняется молекулярным характером процесса диффузии. Было определено время установления равновесной концентрации в системе грунт - вода, которое в статических условий эксперимента может определяться по полученной зависимости:
(7)
где hв - глубина водной массы; Wв, Wн - объем жидкой фазы выше и ниже границы раздела грунт - вода.
Исследования переноса примесей из отложений в воду в условиях ее движения показали, что он существенно интенсифицируется с увеличением скорости водного потока (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость интенсивности переноса примесей от скорости водного потока
Была получена следующая формула для описания этой зависимости:
(8)
где j - удельный секундный поток примесей из отложений в воду; C - разница концентраций содержания примесей в грунте и воде; - -коэффициент, характеризующий неравномерность распределения скоростей; - кинематическая вязкость воды; u0 - скорость водного потока; D - коэфф диффузии.
Полученное выражение (8) может быть использовано при прогнозировании вторичного загрязнения водных потоков, движущихся с различной скоростью.
Исследования диффузии нефтепродуктов из загрязненных донных отложений в водную массу показали, что интенсивность процесса диффузии зависит от типа грунта. Так для мелкозернистых песков содержание нефтепродуктов в поверхностном слое уменьшилось на 30 % в течение 10 суток контакта вода - грунт. Установлено, что процесс переноса примесей из слоя загрязненных отложений существенно ускоряется в условиях фильтрации (разгрузки) грунтовых вод в речное русло (рис. 4).
При этом коэффициент диффузии примеси Dф возрастает с увеличением крупности зерен грунта d и скорости инфильтрации uф
(9)
Полученные результаты относительно влияния фильтрации грунтовых вод на перенос примесей из донных отложений в водную массу указывают на необходимость учета этого фактора при прогнозировании вторичного загрязнения речной воды.
Рис. 4. Влияние крупности частиц на процесс переноса в условиях инфильтрации
В шестой главе приведены результаты сравнительных исследований характера и темпа роста тестовых растений, которые показали, что характер и темп роста для всей группы тестируемых растений изменяется во времени практически одинаково. Для всех растений наибольший темп роста наблюдается в течение первых пяти дней вегетации (рис. 5).
Результаты опытов биотестирования показывают, что добавка загрязненных донных отложений в грунт в количестве 12...15 % по весу оказывают положительное воздействие на рост растений. С увеличением добавки свыше 20% темп роста растений уменьшается.
Рис. 5. Влияние добавок загрязненных донных отложений на рост растений
(на примере проса)
Установлено, что уровень содержания тяжелых металлов в тестовых растениях во всех случаях оказался значительно ниже ПДК, для растений. Это обстоятельство возможно связано с ограниченным сроком выращивания опытных растений, который не превышал 30 суток. Тем не менее, это обстоятельство открывает обнадеживающие перспективы использования загрязненных русловых отложений Результаты выполненных исследований и полученная база данных по миграции загрязняющих примесей из донных отложений в речную воду и в тестовые растения свидетельствуют о том, что для улучшения экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях необходимо удаление загрязненных донных отложений, которые могут быть использованы в качестве 15-20% добавок в грунты, используемые в лесном хозяйстве, с/х производстве и при ландшафтно-планировочных работах в строительстве с соблюдением нормативов экологической безопасности
В ряде случаев возможна передача загрязненной иловой компоненты удаляемых русловых отложений на городские очистные сооружения после выделения песчаных фракций, которые могут быть использованы в строительстве и городском хозяйстве.
Основные выводы и рекомендации
1. Удаление загрязненных русловых отложений является необходимым мероприятием для улучшения экологического состояния городских водных объектов при их экологической реконструкции.
2. Основными источниками формирования загрязненных донных отложений в водных объектах на городских территориях являются сильно загрязненный поверхностный сток, который вносит в водные объекты до 80 % общего количества мелкодисперсных взвесей, осаждающихся в речных руслах.
3. Разработана методика прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий, основанная на использовании осредненного удельного показателя твердого стока, с применением которого определены объемы загрязненных отложений, рекомендованные к удалению при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ.
4. Предложена расчетная схема осаждения частиц взвеси, на основе которой получено кретериальное условие осаждения частиц в потоке.
5. Получена зависимость, характеризующая распределение мелкодисперсной взвеси в речном потоке, указывающее на преобладание седиментационных процессов в зонах малых глубин и малых скоростей потока.
6. Установлена высокая степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов, концентрация которых в некоторых случаях в десятки и сотни раз превышает ПДК для воды.
7. Выявлена зависимость диффузионного потока примесей из донных отложений от их концентрации в поровых растворах, гранулометрического состава отложений, гидравлических характеристик водного потока и скорости фильтрации в русло грунтовых вод.
8. Определена степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности, а так же для рассмотрения вопросов, связанных с утилизацией загрязненных донных отложений при очистке водных объектов.
9. Разработаны предложения по использованию донных отложений, изымаемых при очистке рек, для ландшафтно-планировочных работ в строительстве, в лесном и с/х производствах с соблюдением нормативов экологической безопасности.
Список публикаций по результатам исследований в изданиях, рекомендованных ВАК
- Байков В.Н., Курочкина В.А., Писарев Д.В. Речная гидравлика и свойства русловых отложений на урбанизированных территориях // Вестник МГСУ, 2011. - спецвыпуск № 2, т. 2. - С. 221-228.
- Богомолова Т.Г., Курочкина В.А. Загрязнение речных русел на урбанизированных территориях и проблемы их очистки для улучшения экологического состояния водотока // Инженерные изыскания, 2010. - № 10. - С. 56-60.
- Богомолова Т.Г., Курочкина В.А. Загрязнение речных русел на урбанизированных территориях и инженерные мероприятия по улучшению их экологического состояния // Вестник МГСУ, 2010. - № 4, т. 2. - С. 399-405.
- Боровков В.С., Курочкина В.А. Роль седиментационных процессов в самоочищении водных объектов // Вестник МГСУ, 2010. - № 4, т. 2. - С. 41-45.
- Боровков В.С., Курочкина В.А. Миграция тяжелых металлов в растения при их выращивании с использованием сточных вод и загрязненных илов в качестве удобрений //Экология урбанизированных территорий, 2011. - № 2. - С. 51-54
- Блази С., Боровков В.С., Курочкина В.А. Комплексная экологическая безопасность водных объектов на урбанизированных территориях // Экология урбанизированных территорий, 2012. - № 2.
- Курочкина В.А. Очистка речных русел и использование речных илов в зеленом строительстве // Вестник МГСУ, 2010. - № 4, т. 2. - С. 45-51.
А также в других изданиях:
- Курочкина В.А. Оценка изменения качества воды и загрязненности речного русла при проектировании инженерно-экологических мероприятий на водном объекте / Научные труды XIII Международной межвузовской научно-практической конференции Строительство - формирование среды жизнедеятельности от 14-21 апреля 2010 г. - М. : АСВ. - С. 287-292.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле