УДК: 381.5:556.531:628.29

М. А. Захарченко, канд. техн. наук (УкрНДІЕП)

ОЧИЩЕННЯ ЗЛИВОВОГО СТОКУ  З ЗАБУДОВАНИХ ТЕРИТОРІЙ.

Український науково-дослідний інститут екологічних проблем працює над обгрунтуванням та впровадженням споруд для очищення зливового стоку   з початку 80-х років минулого сторіччя. Стаття присвячена одному з напрямків очищення поверхневих стічних вод на основі використання локальних очисних споруд (ЛОС), які забезпечують очищення води безпосередньо в місці формування («in situ»), а також споруд,  для очищення води в яких використовуються умови біогеоценозу вищих водних рослин – споруди фіторемедіації.

Ключові слова. Зливовий стік, локальні очисні споруди, фіторемедіація.

Вступ. Незадовільний стан системи зливової  мережі в умовах прояву підтоплених і заболочених територій погіршує екологію міста, ускладнює будівництво і експлуатацію будівель, споруд, систем інженерного захисту, веде до забруднення річок і водосховищ міста і міських територій. Аналіз існуючого досвіду досліджень, проектування і експлуатації зливової каналізаційної системи дозволяє розглянути можливість комплексного вирішення проблеми відведення зливових стічних вод з територій міст з одночасним дренуванням заболочених і підтоплених територій. При цьому  рішення має бути реалізоване у вигляді окремих локальних систем,  призначених для збору та відведення дренажно-тало-зливових стічних вод і складатися як з існуючої вуличної дренажно-водовідвідної мережі, колектора так і доданих блоків доочищення.

 

Мал. 1. Схематичне зображення ділянки  міської території з можливим варіантом  відведення поверхневих стічних вод.

Стан проблеми. Останнім часом загальна тенденція   очищення поверхневого стоку і вимоги з боку правоохоронних органів наростають. Однією з серйозних проблем очищення зливових і талих вод є надзвичайна мінливість витрат і якісного складу в процесі вступу цих вод на очищення. Тому проекти  всіх очисні споруди  засновані на тому, що основний об'єм забруднень виноситься із зливовим потоком в перших 10-15 хвилин, а вода після 15 хвилин зливи вважається умовно-чистою і відводиться в обхід очисних споруд.

Пошуки рішення задачі очищення води поверхневого стоку з мінімальними витратами успішно ведуться у всьому світі. В даний час економічно доцільним і екологічно прийнятним є комплекс споруд для очищення поверхневого стоку з території підприємств на основі використання природних процесів  очищення. Наша робота обґрунтовує рішення задачі очищення зливових і талих вод із забудованої території  БЕЗ вживання «рухомих частин, що труться»: без електроенергії, хімічних реактивів, пристроїв, що вимагають високопрофесійних фахівців і запчастин та ін.

В основу розробленої схеми покладено розділення процесу очищення на дві зони: безпосередньо на території об'єкту (очищення “in situ”) і за межами території, що захищається (доочистка ).

Перша зона характеризується використанням механічного очищення (водоприймальні колодязі з гратками, відстійники,  переливи) і біологічного на спорудах, дія яких заснована на фільтрації (інфільтрації) забрудненої води в пористому середовищі.

Наприклад, дощові  води  з  території  АЗС  збираються   у водоприймальні  колодязі  з  гратами  і   поступають   в   скидний колодязь, обладнаний переливною стінкою, при цьому на  очищення  поступає  лише забруднена вода дощового стоку з території станції,  а  остання  (умовно-чиста) частина скидається  в  міську  водостічну  мережу.   Скидний колодязь   служить одночасно і  пісколовкою  для  затримання  найбільш  крупних  мінеральних забрудників. Звідси стоки поступають у вертикальний відстійник.  Але якщо територія об'єкту займає площу в декілька гектар (і більш)  таким простим рішенням завдання очищення зливових вод не вирішити, та і не завжди є можливість скинути зливовий стік в каналізацію. Для такого випадку   і розроблена нами  згадана система з двозонним очищенням. Причому, дійсно, системи очищення в товщі, що фільтрує, є реально економічними і простими в експлуатації.

Вегетативні смуги призначені для очищення зливового  стоку з поверхні автодоріг, стоянок для автомобілів, майданчиків з твердим покриттям усередині промислової або цивільної забудови шляхом седиментації і  фільтрація при русі потоку через рослинність на поверхні, фільтрації через насипні ґрунти і/або інфільтрації шляхом проникнення в підстилаючі ґрунти. Вегетативна смуга  може бути природною або штучною, задача такої ЛОС - перехоплення  часток забруднюючих речовин (завислі речовини або розчинені забруднення типу нафтопродуктів і ін.), сприяння інфільтрації, а також зменшення швидкості потоку зливового стоку.

Рослинність смуг є провідним елементом  зливової дренажної системи і може замінити бордюри, жолоби та системи відведення води. Смуги мають вигляд  відкритих неглибоких канав з густою рослинністю, що покривають схили і дно, які збирають і повільно відводять поверхневий  стік до точки скидання. Вегетативні смуги,  як правило, розміщують уздовж кордонів об'єкту, приватних ділянок  або природних меж. На  фото зліва показана вегетативна смуга уздовж дороги.

Мал.2

Мал. 2. Схема локальної очисної споруди (ЛОС) для від-ведення зливових вод основана на їх фільтрації в підсти-лаючу двошарову товщу (3), в основі якої укладений дренаж (2), приєднаний до зливової каналізації. В разі різкого збільшення інтенсивності зливи спрацьовує при-стрій для відведення  максимально високого потоку зли-вових  вод  (1-перелив, байпас), виведений безпосередньо  в зливову каналізацію (4). Посадка рослин по поверхні виконує дві функції: естетично привабливий вигляд  та боротьба з замуленням поверхні.
Локальні очисні системи, робота яких основана на  фільтрації або інфільтрації, в разі різкого підвищення інтенсивності зливи, вимагають застосування споруд для обходу води мимо  ділянки очищення (див. мал.2, т. з. байпас). Дійсно, зливи малої інтенсивності будуть поглинені фільтруючою товщею (щебінь, пісок), очищені і відведені за межі об'єкту.  А різко збільшений об'єм води при зливах значної інтенсивності вже не зможе швидко інфільтруватись в підстилаючу товщу в зоні передочищення “in situ”.

На даних фото показаний вихід пристрою для відведення потоку зливових вод безпосередньо в зливову каналізацію без інфільтрації у фільтруючу щебеневу чи піщану товщу. На цих фото видно, що  зона очищення зливових вод на забудованій території може мати  вигляд зони відпочинку. Поверхня фільтруючої траншеї з щебенем і дренажем для відведення  зливових вод покрита лозою.

Біозатримуючі площадки (фільтруючі квітники) розташовуються уздовж стіни будівлі або у дворі у вигляді клумби і  функціонують як ґрунтові чи фіторемедіаційні  пристрої фільтрації, які затримують  забруднюючі елементи за рахунок дії різноманітних фізичних, біологічних, і хімічних процесів очищення.

Ці природоохоронні  засоби  можна представити як  буферні  смуги  трави, фільтри з піску, заболочені області, органічний шар або шар мульчі, засаджений ґрунт  і рослини. Швидкість зливового потоку  зменшується  при проходженні через буферну смугу з рослин з наступним рівномірним розподілом  уздовж затримуючої обгородженої області.

Вода забрудненого зливового потоку  затримується в товщі ґрунту, який підстилає біозатримуючу площадку, а потім відводиться дреною. Гідродинаміка ґрунту і дрени розрахована на осушення біозатримуючої площадки протягом 2 днів.

Біозатримуюча площадка  має розмір  до 4% від площі поверхні формування зливового потоку (водозбірна площа).


На фото угорі - біозатримуючі площадки поряд з житловим  будинком та  цеху промислового виробництва з фільтручою основою,  згідно   схеми мал.2.

При перехопленні  зливового стоку вздовж дороги можуть бути використано локальні очисні споруди, що мають назву  «Фільтри   навколо дерева».


На даній схемі та фото (угорі) зображено  кілька  ЛОС «Фільтр навколо дерева», розміщені вздовж вулиці. Зливова вода рухається вздовж вулиці, при цьому перші порції забрудненої води (перші 15-20 хвилин зливи) переливається через переливні отвори до фільтру навколо дерева, фільтруюча товща кожного дерева заповнюється до поверхні, а далі зливові води (умовно чисті) відводяться до зливової каналізації.

Упоперек дорожнього покриття вулиці (фото зліва), що спускається до річки або водоймища встановлюються зливові чавунні стандартні решітки, необхідні для захисту дренажної системи від листя і сміття, а також вони  забезпечують рух пішоходів і транспорту. При цьому листя і сміття (пластикові пляшки і пакети) переносяться із зливовим потоком далі і можуть потрапити у водотік.

Як видно з фото,  на вході до ЛОС «Фільтр навколо дерева» в бордюрі є розрив, шириною до 0.5 м. Ось сюди і заноситься поверхневим потоком сміття, що залишається в огорожі навколо стовбура дерева (вода відводиться через перелив в колектор). Фільтри навколо дерева складаються з одного або декількох бетонних блоків (або бетонного кільця)  з деревом або кущем посередині, висадженим в акумулюючу товщу, яка заповнює блок. Оскільки зливова вода проходить через блоки, сміття великих розмірів (пластик, папір) залишиться на поверхні в шарі мульчі (дрібні тріски, стружки, тирса), а менші частки і інші забруднення віддаляються в процесі фільтрації води в пористій товщі, навколо коріння  дерева. При цьому  фізичні, хімічні і біологічні процеси працюють на видалення забруднення із зливових вод.

Вода, що відводиться зливовим колектором після очищення на  системі ЛОС, перед скиданням у водотік або водоймище, поступає на доочистку в другу зону -  в проточні відстійники або  на споруди фіторемедіації (заболочені ділянки, покинуті озера, стариці і ін. ділянки, порослі вищими водними рослинами  (ВВР): очерет, рогіз і ін. [1].

Друга зона - доочистка води на проточних відстійниках або спорудах фіторемедіації (заболочені ділянки, покинуті озера, стариці і ін. ділянки, порослі вищими водними рослинами  (ВВР): очерет, рогіз і ін. [1].

Мал. 2. Схема проточного відстійника з переливним колодязем

Параметри проточного відстійника залежать від вмісту завислих часток в стічних водах і визначаються шириною B, глибиною H, довжиною резервуару L і заглибленням пере-ливу водозливного колодязя h.. Завдання оптимального вибору параметрів резервуару полягає в забезпеченні максимальної екологічної безпеки поверхневих водоймищ при мінімальних розмірах.

Глибина проточного відстійника по рекомендації СНІП 2.04.03-85 може бути прийнята Н =3- 4 м.

Вибір довжини проточного відстійника L залежить від часу і характеру седиментації завислих речовин в поверхневому шарі по довжині дренажно-зливового потоку в межах відстійника.

Якщо  умови забудови не дозволяють впровадити ЛОС чи необхідно забезпечити доочищення значних обсягів зливових чи талих вод, а рельєф території та умови  забезпечують необхідну  ємність (природні заболочені місця, стариці, існуючі водойми) для накопичення відведеної води (перші 15 хвилин зливи) з наступним очищенням використовують споруди фіторемедіації - комплекс методів очищення води, ґрунтів чи атмосферного повітря з використанням  рослин. Споруди такого типу  вибираються з урахуванням рельєфу території, оскільки необхідно (бажано, використання насосних станцій тільки в крайньому випадку) забезпечити самопливний рух зливової води, що доочищається, а також забезпечити ємкість (природні заболочені місця, існуюче водоймище  або побудований ставок) для накопичення відведеної води (перші 15 хвилин зливи) з подальшим очищенням в біоценозі ВВР так звана - фіторемедіація (комплекс методів очищення вод, ґрунтів і атмосферного повітря з використанням вищих водних рослин).

Якраз  еколого-економічні чинники змусили велике число країн світу  упроваджувати замість існуючих традиційних (надзвичайно енерговитратних)  типів очисних споруд забруднених  вод прості в будівництві і низькозатратні в експлуатації споруди, що базуються на використанні очисних властивостей вищих водних рослин (очерет, рогоза, лепеха і ін.),  споруди, що використовують технологію фіторемедіації. Головна перевага споруд такого типа - повна незалежність від енергоресурсів.


На даних фото наведено вигляд ставків та басейнів для очищення чи доочищення зливових вод з забудованих територій (з вищими водними рослинами та без них)  [2].

Висновки та пропозиції.

Український науково-дослідний інститут екологічних проблем (УкрНДІЕП, м. Харків, вул. Бакулина,6)  розробляє  проекти відведення і очищення поверхневого стоку з міської території або промислової зони підприємства.

Вирішення даної проблеми виконується з мінімальними капітальними (будуть використані все наявні каналізаційні і інші придатні споруди) і експлуатаційними (у роботі по очищенню  не використовуватиметься енерго- (тепло) споживаючі пристрої і установки. Прикладом розробки споруд для очищення зливового стоку з використанням фіторемедіації можуть служити споруди для очищення зливових вод з території льотного поля аеропорту м. Донецька [4  ] і інших аналогічних об'єктів [3  ].

Література

1.Захарченко М.А.,Рыжикова И.А., Яковлева Л. І., Опыт эксплуатации биоинженерных сооружений (БИС) типа Constructed Wetlands в Золочеве Харьковской области. „Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов”. Бердянск, 07-11 июня 2004. Сб. научн. трудов XII междунар. научно-технич. конф. Х., 2004.,т.3, с.557-561.

2. Zakharchenko M., I. Ryzhykova, I. Dziubenko.  А system for waste water treatment in regions with aggravated ecological and economic situation. ISEB ESEB JSEB 2006, Book of Abstracts, Leipzig, Germany.:206-208.

3. Захарченко М.А., Шовкопляс Ю.К., Рижикова І.А., Мельник Л.В. Фіторемедіація. Очищення зливових вод аеропорту, забруднених антифризами. УIМіжнародна науково-практична конференція „Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення ”: Зб. наук. ст. у 2-х т. Т. 2/УкрНДІЕП. – Х.: Райдер, 2010. с.187-201

4.Higgins J.. The use of engineered wetlands to treat recalcitrant wastewaters. 2000. Adv. Ecol. Sci., J. Environ. Sci. Health A35(8):1309–1334.