Очиска речных русел и использование речных илов в зеленом строительстве Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

ОЧИСКА РЕЧНЫХ РУСЕЛ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЧНЫХ ИЛОВ В ЗЕЛЕНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

RIVER BED CLEANING AND SLUDGE UTILIZATION IN GREENERY CREATION IN PARKS

B.A. Курочкина V. Kurochrina

ГОУ ВПО МГСУ

В настоящей статье рассмотрены технологии очистки речных русел и влияние загрязненных илов на темп роста злаковых растении при их добавке в грунты.

In this article presents discussion about up-to- date technologies of river bed cleaning and influence of addition of varies doses of sludge on the cereals vegetation.

Речные илы, обычно поступающие на речные поймы в период весенних половодий, традиционно рассматривались как фактор, благоприятно сказывающийся на плодородии прирусловых территорий.

Интенсивное хозяйственное использование водотока приводит к изменению химического состава речных илов, которые обладают развитой удельной поверхностью и адсорбируют значительное количество различных примесей. Анализ речных илов показал наличие токсичных соединений, в том числе тяжелых металлов в количествах, значительно превышающих предельно-допустимое концентрации (ПДК). Общее содержание тяжелых металлов в илах достигает 1000-15000 мг на кг сухого веса, что в процентном отношении примерно в 100-1000 раз превышает ПДК этих соединений в воде (рис.1).

В пределах урбанизированных территорий иловые отложения в водных объектах формируются как за счет поступления взвесей антропогенного и техногенного происхождения, так и смыва элементов поверхностного грунтового слоя ливневыми и талыми водами. Однако, грунты на территории городов и населенных пунктов, в свою очередь, так же содержат значительное количество токсичных примесей.

Так по данным ГПУ "Мосэкомониторинг" содержание химических элементов в почвах города Москвы варьирует в широких пределах. Широко распространены и активно накапливаются в почвах цинк, свинец, медь, ртуть. Исходя из полученных результатов исследований суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами (Zc) следует, что около 43% площади города относится к категории слабого (допустимого) загрязнения (Zc менее 16). Почвы со средним (умеренно опасным) уровнем загрязнения (Zc 16-32) занимают около 28% всей территории. На 27% площадей выявлено опасное загрязнение почв (Zc 32-128), а на 2% зафиксирован чрезвычайно опасный уровень (Zc более 128).

Поступление различных загрязнений, в особенности нефтепродуктов в речные илы, приводит к появлению значительных сил сцепления, препятствующих их размы-

ву речными потоками, даже в условиях весенних половодий, при наиболее высоких расходах воды и скоростях течения. В этих условиях, русловой процесс определяется в основном процессами заиления, в русле происходит постоянное накопление загрязнений, что приводит к ухудшению экологического состояния водного объекта.

С'ЦДК

1.000 1000 1ЙЮ 1000

/ / *//// <?///// У "

Рис.1. Отношение концентрации тяжелых металлов в донных отложениях (С) к предельно допустимой концентрации этих металлов (ПДК) в воде

Выполненные оценочные расчеты позволили установить, что объемы речных илов, ежегодно аккумулирующихся в речных руслах в пределах 50-ти крупнейших городов России, превышает 1 млн. м3. Для сравнения можно привести данные по осадкам сточных вод (ОСВ), которые составляют по стране около 3 млн. т в год в пересчете на сухое вещество.

Исследования влияния донных отложений на качество воды позволили установить, что изменение качества воды по длине водотока определяется двумя явлениями различной природы: окислением (деструкцией) примесей, содержащихся в воде, и осаждением загрязнений на дно водотока. Загрязненные донные отложения вызывают в свою очередь вторичное загрязнение воды, вследствие диффузии в воду примесей из загрязненных илов. Второй процесс - седиментации мелкодисперсной взвеси по существу нельзя рассматривать как процесс самоочищения водотока, поскольку одновременно с улучшением качества воды происходит ухудшение санитарного состояния русла. При прогнозах качества воды влияние вторичного загрязнения, связанного с донными отложениями, можно не учитывать только в том случае, если поступление их из донных отложений в воду существенно ниже ПДК. Если вторичное загрязнение значительно ухудшает качество воды, то необходимо осуществление инженерных мероприятий по удалению загрязненных иловых отложений, которое может выполняться с использованием различных технологий.

При использовании механической очистки русла, которая производится с применением землечерпательных снарядов, следует учитывать ее высокую стоимость и продолжительность. Поэтому, в первую очередь улучшения качества речной воды следует добиваться за счет очистки промышленных сбросов и сильно загрязненного поверхностного стока, отводимого в водные объекты. Однако, в тех случаях, когда вторичное загрязнение дает значительное превышение ПДК, очистку русла целесообразно произ-

водить одновременно с другими мероприятиями по поддержанию реки в стабильном экологическом состоянии. К таким мероприятиям можно отнести изменению конфигурации русла и гидравлического режима водотока с целью обеспечения самопромывки русла.

Уровень загрязненности и разложения загрязнений происходит более интенсивно в верхней части донных отложений, из которых продукты распада диффундируют в воду. Для удаления верхних слоев, ежегодно накапливающихся иловых отложений и представляющих наибольшую опасность, может быть использована гидравлическая промывка русла с одновременным искусственным взмучиванием иловых отложений. При этом, роль механической очистки сводится к удалению значительных по толщине слоев загрязненных иловых отложений. В связи с высокой стоимостью работ по механической очистке русла требуется детальное инженерное обоснование этого мероприятия с учетом необходимости утилизации изымаемых загрязненных илов.

Выполненные химические анализы проб загрязненных речных илов, отобранных из водных объектов крупнейшего мегаполиса - города Москвы, как это уже было отмечено ранее, показали, что в илах содержится значительное количество нефтепродуктов, соединений тяжелых металлов и других токсичных примесей. В тех случаях, когда уровень загрязненности илов вредными примесями незначителен, возможно их использование в городском «зеленом строительстве». При значительных концентрациях вредных примесей хозяйственное использование речных илов требует специальных исследований и мероприятий по их обеззараживанию, что требует значительных затрат. В таких случаях загрязненные илы размещают на полигонах твердых бытовых отходов (ТБО) в соответствии с действующими правилами захоронения токсичных отходов высокой степенью опасности [2]. Однако, большие объемы загрязненных илов требуют для их захоронения значительных по площади полигонов ТБО. Поэтому, захоронение загрязненных илов наталкивается на значительные сложности, связанные с отсутствием свободных площадей для полигонов ТБО, особенно в пределах городов и их окрестностях.

В связи с этим, остается актуальной проблема использования загрязненных речных илов в качестве удобрений в зеленом городском ландшафтно-парковом строительстве, лесном хозяйстве. Возможно так же использование илов в сельскохозяйственном производстве, их химическая переработка с целью удаления вредных примесей и извлечения полезных компонентов, которые пригодны в качестве кормовых добавок в животноводстве или в химических производствах.

При разработке подходов к утилизации загрязненных илов, следует учитывать состав, уровень концентрации загрязняющих веществ и их большие объемы, которые постоянно увеличиваются. Проблема утилизации речных илов может рассматриваться и решаться в комплексе с вопросами использования ОСВ, постоянно образующихся на городских очистных сооружениях. Ограничения в использовании речных илов и ОСВ связаны со следующими факторами: широким спектром загрязнений; слабым внедрением современных технологий по подготовки илов к дальнейшему применению (в лесном строительстве, сельском хозяйстве и т. д), а так же недостаточная изученность таких вопросов как экологическая безопасность и миграция вредных соединений из илов в растения.

Использование илов является привлекательным приемом утилизации еще и потому что, песчаные фракции, извлекаемые из русловых отложений, при высокой степени очистки от ила могут быть использованы в строительстве и в производстве строительных материалов. В тех случае, когда высокая степень очистки изымаемых русловых

грунтов нецелесообразна, они могут быть использованы в качестве при выполнении ландшафтных работ, рекультивации карьеров и полигонов ТБО, что значительно сокращает объемы загрязнений, требующих депонирования.

Имеющийся опыт использования илов очистных сооружений в лесном строительстве [2] показал, что в определенных пропорциях смешения с естественными грунтами применение илов дает положительный эффект: повышает всхожесть и темп роста зеленых насаждений, поскольку илы содержат большое количество органических веществ, утилизируемых растениями.

Поскольку лесные насаждения обычно не участвуют в трофической цепи, то вопрос о переходе вредных веществ из загрязненных грунтов в растения здесь не является актуальным. Однако, по данным отдельных исследований [1] прослеживается определенная связь между концентрацией элементов водно-грунтовой среды, с концентрацией этих элементов в кормовых объектах и организмах.

Так рассмотренное накопление тяжелых металлов в трофической цепи: вода-ил-растение-живые организмы в водных объектах показало, что при загрязнении водоема идет более интенсивное накопление тяжелых металлов в звеньях цепи, чем в фоновом водоеме. При этом уровень накопления тяжелых металлов увеличивается при движении по трофической цепи. Особенно прогрессирующие накопление наблюдалось для свинца и кадмия.

Поскольку многие растения являются элементами трофических цепей и употребляются непосредственно человеком либо домашними животными, птицами и рыбами, используемыми в пищу, то вопрос о переходе вредных химических соединений из грунта в растения, является важным и изученным недостаточно как в качественном, так и в количественном отношении.

Возможность применения илов в качестве удобрений в сельскозяйственном производстве следует рассматривать исходя из уровня фонового загрязнения грунтов, состава загрязненных илов и видов сельскозяйственном культур.

Изучение перехода вредных примесей, прежде всего соединений тяжелых металлов из грунтов в растения выполняется как прямыми методами с использованием спектрального анализа, так и с применением косвенных методов, основанных на регистрации биологических показателей всхожести и темпов роста растений на различной стадии их вегетации. В настоящей статье представлены материалы исследований влияния на темп роста злаковых культур (овес, просо и пшеница) при различных по концентрации добавках речных илов к незагрязненному грунту.

Методика экспериментальных исследований состояла в следующем, одинаковое количество семян посадочного материала высаживалось в определенную по объему пробу испытуемого грунта, контролировалась степень всхожести каждой из культур. Для получения надежных статистических данных исследовались четыре пробы по каждой культуре.

Испытуемые грунтовые пробы составлялись путем смешения сильно загрязненного ила р. Яузы с грунтом в соотношениях 1:5; 1:10; 1:15; 1:20. В качестве контрольной пробы принимался один и тот же грунт без добавок загрязненного ила с содержанием примесей на уровне фона. Пробы находились в одинаковых температурно-влажностных лабораторных условиях и выращивались при одинаковой освещенности ламами дневного света. Увлажнение грунта производилось каждые 48 часов. Методикой эксперимента предусматривался ежедневный контроль роста испытуемых растений. Тестовый период составлял 29-30 дней суток.

Типовые графики роста злаковых растений приведены на рис.2.а, 2.6, 2.в.

4/2010

ВЕСТНИК .МГСУ

а)

б)

Продолжительность роста растений Т, сутки

Содержания ила в груне, % -*-0% -й-5% -"-10%

Просо

5 10 15 2С

Продолжительность роста растений Т, сутки Содержание ила в грунте, % -*-0% -*-5% -■-10%

Пшеница

В)

Продолжительность роста растений Т, сутки Содержание ила в грунте, % -*-0% -*-5% -■-10%

5 3СС

г

25С

20С

^ 15С

10С

5С

1С

15

2С

25

3С

7С

6С

г

Я 5С

25

3С

20%

35С

Я 25С

2СС

Г 15С

Рис. 2. Влияние добавок загрязненного речного ила в грунт на темп роста злаковых

растений: а) овес, б) просо, в) пшеница

Полученные опытные данные показывают, что во всех случаях можно выделить начальный период роста, продолжительностью 5-7 дней, когда темп роста высок и составляет для проса 5,5 мм/сут, для овса 20 мм/сут и для пшеницы 30 мм/сут. В этот период влияние добавок загрязненного ила на темп роста проявляется слабо. Это, по всей видимости, объясняется тем что, начальный период рост растения происходит в основном за счет питательных веществ семени. В последующий период темп роста растения снижается в 2-3 раза, в связи с переходом на «грунтовое питание», при котором заметно проявляется влияние иловых добавок на темп роста растения.

Представленные данные показывают, что в течение тестового периода наибольший темп роста (300-350 мм) наблюдался для овса, несколько меньший темп роста (до 300 мм) для пшеницы и значительно меньший темп роста (до 70 мм) - для просо.

Анализ экспериментальных данных показал, что растения различным образом реагируют на добавки загрязненного ила. Так, данные по овсу (рис 2.а) показывают, что добавка загрязненного ила в грунт снижает темп роста растений этого вида (20-и процентная добавка снижает темп роста овса на 20%). Для пшеницы добавка загрязненного ила вызвала повышение темпов роста на 15,5%, просо обнаружило сходный эффект: темп роста возрос на 35 % при 20-ти процентной добавке загрязненного ила в грунт.

Выполненные исследования показали, что добавки речных илов, сильно загрязненных антропогенными и техногенными примесями, оказывают влияние на темп роста злаковых сельскохозяйственных культур. Характер и степень влияния зависит от вида культуры и от содержания загрязненного ила в грунте. Опыты показали, что 20-ти процентная добавка загрязненного речного ила в зависимости от вида культуры может оказывать как положительное, так и неблагоприятное воздействие на рост злаковых сельскохозяйственных культур. Поскольку при большей добавке загрязненных илов ухудшается темп роста растений, при решении вопросов практического использования илов в зеленом строительстве необходима опытная проверка этих эффектов на конкретных растениях, грунтах и загрязненных речных илах. Разработанная методика, апробированная настоящими опытами, могла бы быть использована при проведении таких испытаний.

Полученные результаты предполагается в дальнейшем дополнить данными спектральных исследований качественного состава и количественного содержания примесей техногенного происхождения при их миграции из загрязненных илов в растения.

Литература

1. Егошина Т.Л., Шихова Л.Н., Лисицина Е.М., Жиряков A.C. Накопление тяжелых металлов в водных экосистемах разной степени загрязненности. // Проблема региональной экологии. 2007. №2, с. 17-23.

2. СНиП 2.01.28-85. Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию.

3. Романов Е. М. Выращивание сеянцев древесных растений. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000. 500 с.

Ключевые слова: русловые отложения, виды загрязнений, очистка речных русел, утилизация илов, влияние иловых добавок на растения, использование илов в зеленом строительстве

Keywords: river bed sediments, forms of pollution, river bed purification, utilization of silt sediments, influence on vegetation of silt sediments addition to soil, sludge utilization in greenery creation

Курочкина В.А., г. Москва, Спартаковская ул., 2/1 (495) 261-49-12, vkurochkina@fromru.com

Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»