CC BY
40
УДК 628.394 (597-25)
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РЕКЕ ТОЛИТЬ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ Г. ХАНОЯ
Нгуен Динь Дап, аспирант Национального
исследовательского Московского
государственного строительного
университета (МГСУ),
В. В. Волшаник, д. т. н, профессор
МГСУ, [email protected],
М. Ю. Слесарев, д. т. н, профессор
МГСУ, [email protected],
Н. Т. Джумагулова, к. т. н,
доцент МГСУ,
В статье представлены сведения о методике и результатах натурных исследований загрязнения воды в реке Толить тяжелыми металлами. Установлено, что в систему реки Толить поступают сточные воды от почти двух миллионов жителей и 100 производителей из пяти промышленных зон центральной части Ханоя. В русле р. Толить накоплено около 284 000 м3 осадка, в общей сложности 7347 тонн девяти металлов-загрязнителей. Суммарная нагрузка от этих металлов к устью р. Толить составляет 161,7 кг/сутки.
The article shows that in the information about the methodology and the results of field studies of water pollution and concentration of heavy metals in river Tolich. Established that system of river Tolich receives wastewaters from a population of nearly two million people and 100 manufactories of five industrial zones in inner city Hanoi. The results indicated that currently there is about 284,000 m3 sediment, a total of 7347 tons of all nine concerned metals. Total load of all nine concerned metals at the end of TLR is 161,7 kg/day.
Ключевые слова: городские реки, промышленные сбросы, массовый баланс, загрязнение тяжелыми металлами, качественный показатель состояния реки, накопление осадков.
Key words: urban rivers, industrial discharges, mass balance, heavy metal pollution, quality indicator status of river, deposition of sediments.
o>
О
О -i X x
CD
Г)
Q
б
CD
GO
0 ^
Q Г)
1
О n
n
-I
T3
о
-I
CD
O-
Г) -I 03
Q
О T3 О m
n
О
X
о
ы ш
Г) -I
оз Q
В настоящее время наблюдается высокая антропогенная нагрузка на реку Толить, которая является одной из крупнейших рек во Вьетнаме. Для улучшения качества воды р. Толить в 2002 г. было начато и в 2006 г. завершено строительство ограждающей дамбы. Параметры дамбы составляют по ширине 20—45 м, по высоте 2—4 м и максимальной пропускной способностью 30 м3/с. Далее применялась модель массового баланса, чтобы оценить совокупную нагрузку от металлов на отдельных участках реки.
Цель данного исследования — оценка суммарной нагрузки от общего содержания тяжелых металлов, поступивших и накопленных в осадочных отложениях на отдельных участках реки в местах поступления сточных вод, а также оценка суточного расхода общего содержания органического углерода и тяжелых м еталлов в устье р. Толить.
Объект исследования. Толить — самая большая река, получающая сточные воды
из западной части Ханоя, а Кимугыу, Сэт и Лы — три реки поменьше, которые получают сточные воды из восточной части, прежде чем попадают в нижнее течение р. Толить [1].
Река Толить берет свое начало из Западного озера в Северном Ханое [2], получая, главным образом, бытовые сточные воды в верхнем течении и смешивая бытовые и промышленные сточные воды в нижнем течении, прежде чем впасть в реку Ньуэ в Южном Ханое через водохранилище Тханьлиет (рис. 1) [3]. Строительство дамбы было завершено в 2002 г., охватывая большую часть участков реки. Участок реки без дамбы в верхнем течении шириной 1—4 м подвергается преобразованию в закрытую канализацию [4].
Водохранилище Тханьлиет было построено на 0,5 км ниже по течению р. Толить. Когда уровень воды в р. Толить ниже уровня воды в реке Ньуэ или вода в р. Толить слишком загрязнена, то водохранилище закрывается, чтобы не оказы-
о
m i-
U
w
CO
О X
О ^
и a
О ^
О
о
U
CD iS
О ^
I-
u
и о
X
и о
с
о
со
ш vo
О ^
и ш
т
о (Г)
ния глубины воды и толщины осадка осуществлялось мерной линейкой (рис. 2). Глубина осадка на каждом участке отбора проб принималась равной глубине самого глубокого осадочного слоя (табл. 1). Уклон каждого берега реки измерялся на каждом участке отбора для определения площади поперечного сечения воды и осадков.
Площадь поперечного сечения воды (Лк в м2) на каждом участке отбора проб рассчитывалась по формуле:
л = { ( W - 2 WD;
Aw
tan ( S)) + W} x WD 2
Aw = W s WD - WD2 s tan(S),
(1)
Рис. 1. Карта района исследования с указанием участков отбора проб
вать влияние на сельскохозяйственное орошение в низовьях реки Ньуэ. В таком случае вода поступает к озеру Йеншо через низовья р. Кимнгыу, а затем перекачивается в Красную реку [5].
Отбор проб поверхностной воды и осадков в глубинах 0—30, 30—60, 60—90 и 90—120 см были отобраны на 5 участках вдоль реки. Все образцы были собраны в сухой сезон 4—5 марта 2015 г. (без дождливых дней).
Расход воды (Q, м3/с) на каждом участке отбора проб рассчитывался как Q = V s Aw, где V — скорость воды (м/с), a Aw — площадь поперечного сечения потока (м2). Скорость была измерена прибором FP101-FP201 Global Flow Probe [6]. Для измерения ширины водной поверхности использована лента, а для измере-
где Ж — ширина поверхности воды (м), ЖБ — глубина воды (м), — уклон речного берега (градус).
Площадь поперечного сечения осадка А в м2) на каждом участке отбора проб рассчитывалась по выражению:
{[(W- 2 WD x tan(S)) - "
- 2 SD x tan (S) ] +
_ L + (W- 2 WD x tan ( S)) } x WD As ---
As = SD s W -
- tan(S) s (2 WD s SD + sD2),
(2)
где ББ — глубина осадка в метрах (рис. 2).
Нагрузка тяжелых металлов. Модель химического баланса масс была предложена Доланом и Шаарави [7] для оценки химической нагрузки на участке реки следующим выражением:
QdCd QuCu = X Li,
(3)
где (¿^ и ¿и — расходы воды ниже и выше по течению, С^ и Си — степень концент-
Русло реки в период применения насыпи Рис. 2. Поперечное сечение реки
1
рации выше и ниже по течению; и
i = 1
представляет собой сумму всех индивидуальных нагрузок на участке реки. Фактически речные загрязнения подвергаются значительному испарению и/или размытию, поэтому для повышения точности (уравнение 3) было модифицировано Жха [8] и другими в виде:
и были получены следующим образом:
Индексводы.металл(-
= концентр ация в воде (металл i в году А) концентрация в воде (металл i в году В)
X ИнДеКСводы.металл1-
WQI = ---
(5)
(6)
QdCd - QuCue-kt = X Ц
(4)
— показатель коли-
где к — коэффициент затухания/распада (в сутки); t — время прохождения (сутки); (¿Сй — суммарная нагрузка в низовьях и/или в конце участка реки.
Качественный показатель состояния реки. Для оценки состояния реки были предложены индекс качества воды (^^1) и индекс качества донных отложений на основе семи смоделированных параметров (Сг, Мп, N1, Си, 2п, А и РЬ для воды и Сг, N1, Си, 2п и РЬ для осадка) [7].
где Индексводы.металл,-чества металла i в воде. Концентрация металла в воде (металл i в году А) и концентрация металла в воде (металл i в году В) являются концентрацией в воде металла i в годах А и В, соответственно (А > В).
Индекс осадка .металл,-
= концентр ация в осадке (металл i в году А) (7) концентрация в осадке (металл i в году В)
X ИндеКСводы.металл;-
SQI = i-i---
Общие характеристики мерных сечений р. Толить
(8)
Таблица 1
Створы отбора проб S1 S2 S3 S4 S5
Расстояние от устья (км) 3,1 5,1 9,1 13,8 15,5
Глубина воды (м) 0,75 0,84 0,98 1,05 1,34
Площадь поперечного сечения воды (м2) 11,91 14,50 23,83 30,25 50,97
Скорость воды (м/с) 0,015 0,039 0,049 0,117 0,131
Расход (м3/с)*1 0,18 0,57 1,16 3,53 6,68
Общее время пути вот истока (дни)*2 — 0,85 1,05 0,66 0,18
Глубина осадка (м) 1,2 1,2 1,2 0,9 0,6
Площадь поперечного сечения осадка (м3) 16,16 18,00 26,57 23,60 21,03
Средняя площадь сечения осадка (м3)*3 — 17,08 22,29 25,08 22,31
Общий объем осадков в конкретном створе (м3)*4 — 34,161 89,139 117,888 42,395
Средняя плотность осадка в конкретном достижении (кг/м3)*5 — 1053 1195 1242 1357
Расчетная стоимость, необходимая для обработки осадка (средняя стоимость*6 36 долл./м3) 1 229 784 3 209 020 4 243 957 1 526 227
О»
О
О -1
5 х
CD Г) TS Q
6
CD ы
0
Q Г)
1
О Г)
Г) -I
тз о s
-I
CD
О-
Г> -I 03
Q
О ТЗ О Ш
Г)
О
X
о
ы ш
Г) -I оз Q
** Скорость воды, умноженная на площадь поперечного сечения воды;
Отношение длины (м) к среднему значению скорости воды (м/с) в первой и последней точ-
*2
ках отдельного участка реки;
*3
Среднее значение первой и последней площади поперечного сечения осадка отдельного
участка реки;
*4
*5 *6
^/раипп 1 ^/липихи уд^липш^ п^диржлл ни рио^лихахахух 1
меняются от нижнего значения в примерно 36 долл./м3 до более 600 долл./м3[6].
Длина участка реки, умноженная на поперечное сечение осадков; Оценка сухого веса известного объема осадка;
Сравнительные удельные издержки по результатам тематических исследований в США, из-
37
1
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
т
I-
и ^
Ш
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и ш
т
о
где Индексосадка
.металл,-
личества металла I в осадке. Концентрация металла в осадке (металл I в году А) и концентрация металла в осадке (металл I в году В) являются концентрацией в осадке металла I в годах А и В, соответственно (А > В).
(9)
В случаях и/или Яд1 = 1 не
происходит улучшения качества воды, осадка и/или реки, в то время как оно улучшается, если значения <1, и становится хуже, если значения >1 [8].
Результаты исследования. На отдельных участках реки в д онных отложениях было накоплено огромное количество общего содержания органического углерода и тяжелых металлов (табл. 2).
Концентрации содержания Сг, N1, Си и РЬ были ниже 10 мкг/л и незначительно
отличались во всех участков отбора проб. Между тем значения 2п, Аз и Мп были существенно выше, изменяясь от 36—60, 13—76 и 83—400 мкг/л, соответственно. За исключением Мп все другие тяжелые металлы по-прежнему находились на допустимом уровне для оросительной воды.
Для применения модели массового баланса были подсчитаны общие нагрузки содержания органического углерода и тяжелых металлов в воде, созданные для каждой части реки и в конце р. Толить до выхода в р. Ньуэ (табл. 3).
Содержание (кг/сутки) органического углерода 338 — 2026, Сг 0,07—1,35, Мп 3,25—58,51, N1 0,18—2,04, Си 0,14—1,88, 2п 1,25—15,19, Аз 3,16—10,49 и РЬ 0,24—3,42.
Участки реки 81—82 и 82—83 в верхнем течении, куда сливаются в основном бытовые сточные воды, имели более низкие нагрузки от всех тяжелых металлов и общего содержания органического угле-
Таблица 2
Общее содержание органического углерода и тяжелых металлов в отложениях на отдельных участках р. Толить
Створы отбора проб Един. Органический углерод & Mn Fe № Zn As Cd Pb
81-82 Итог, т кг/м3 1470,3 43,041 6,7 0,197 18,0 0,528 626,9 18,353 2,3 0,068 4,5 0,132 23,1 0,676 0,8 0,024 0,1 0,002 3,0 0,088
82-83 Итог, т кг/м3 5019,8 56,314 14,5 0,163 55,9 0,627 2050,6 23,005 9,4 0,105 15,3 0,171 82,8 0,928 2,9 0,032 2,0 0,022 9,7 0,109
83—84 Итог, т кг/м3 5301,5 44,971 16,0 0,136 74,0 0,628 2871,7 24,359 12,2 0,104 14,5 0,123 76,0 0,65 3,3 0,028 2,9 0,024 11,0 0,094
84—85 Итог, т кг/м3 896,5 21,147 6,4 0,151 32,0 0,754 1266,5 29,873 4,0 0,094 3,8 0,089 19,2 0,453 1,2 0,027 0,5 0,012 3,5 0,087
Итого т 12 688,2 43,7 179,9 6815,7 27,9 38,0 201,1 8,2 5,4 27,3
Таблица 3
Общий объем тяжелых металлов и общего содержания органического углерода, сбрасываемых в р. Толить (кг/сутки)
38
Участки реки Органический углерод & Mn № Zn As Pb
81-82 338 0,07 18,55 0,18 0,14 1,25 3,16 0,24
82-83 360 0,12 3,25 0,60 0,15 2,07 — 0,32
83-84 1697 1,35 34,40 2,04 1,88 15,19 10,49 1,91
84-85 2036 — 58,51 1,40 0,27 — 5,01 3,42
рода по сравнению с участками Б3—Б4 и Б4—Б5 в нижнем течении, куда сливались различные виды сточных вод.
Качественные показатели состояния реки. Наблюдалось значительное улучшение качества воды в период с 2009 по 2015 г. по сравнению с периодом до возведения дамбы. Показатель качества воды в период 2009—2001 гг. составлял 0,43, а в 2015—2001 гг. — 0,55. Однако качество воды в 2015 г. стало хуже, чем в 2009 г. В свою очередь, качество осадков ухудшилось после возведения дамбы, что было отмечено показателем 2,55 между 2009—2001 гг. и 1,84 — между 2015 и 2001 гг. Качество осадков в 2015 г. значительно ухудшилось по сравнению с 2009 г., составив показатель 0,63. Сводные показатели качества воды и отложений указывают, что качество воды в реке не улучшилось, она даже стала более загрязненной, поскольку значения показателя качества состояния реки были выше 1 для всех пар сравнения по годам (табл. 4).
Индекс качества воды (^^1) показал, что качество воды значительно улучшилось после возведения дамбы в результате сокращения застоя в связи с увеличением скорости потока. Из-за отсутствия подходящей системы очистки сточных вод повысилось содержание тяжелых металлов в сточных водах из городских районов, качество воды ухудшалось в результате повышения до 2,45 в период между 2015 и 2009 гг.
Осадки стали более загрязненными после возведения дамбы, что вызвало изменение 2,55 и 1,84 для пар 2009—2001 и 2015—2001 гг., соответственно. Осадок был почти удален из русла реки при подготовке к строительству д амбы, после этого были накоплены новые слои осадка. Начиная с 2006 г., после завершения возведения дамбы, роста населения, быстрой урбанизации и ускорения производственной деятельности промышленных зон в бассейне системы р. Толить увеличилось
Таблица 4 Показатели качества воды, осадков и состояния р. Толить
Пара сравнения (год—год) WQI SQI RQI
2015—2009 2,45 0,63 1,54
2009—2001 0,43 2,55 1,49
2015—2001 0,55 1,84 1,19
количество и уровень загрязнения сбросов, в которых содержалось большое количество взвешенных частиц.
Однако по сравнению с 2009 и 2015 г. качество осадков улучшилось = 0,63). Здоровье реки должно рассматриваться как в отношении воды, так и в отношении осадков, поэтому показатель качества состояния реки был получен из и Качество воды в р. Толить еще не улучшилось с момента строительства дамбы, оно д аже ухудшилось. Чтобы улучшить состояние реки, сточные воды следует очищать надлежащим образом, прежде чем сливать их в водной объект. Между тем основной целью возведения дамбы на р. Толить было ускорение потока воды и сокращение твердых отходов на берегах.
Заключение
Спустя почти 10 лет после возведения дамбы качество воды р. Толить не улучшилось, она даже стала более загрязненной с точки зрения тяжелых металлов как в осадках, так и в воде.
Для улучшения качества воды в реке строительства одной дамбы недостаточно, и это только начальный этап. На следующем этапе сточные воды должны быть полностью очищены перед их сливом в р. Толить, и, если возможно, необходимо также проводить ежегодные работы по удалению осадков со дна реки. Это не только ускорит поток воды, но также уменьшит вымывание тяжелых металлов из осадка.
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а
б
Ш ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I оз
а
Библиографический список
1. Волшаник В. В., Джумагулова Н. Т., Нгуен Динь Дап, Фам Ван Нгок. Оценка экологического состояния поверхностных вод в городе Ханое (Вьетнам) // Экология урбанизированных территорий. - 2017. - № 2. - С. 36-41.
2. Результаты экологического мониторинга рек внутреннего г. Ханоя зоны сточных вод с 2009 по 2013 г. // Департамент природных ресурсов и экологии Ханоя. — Ханой. — 2013. 48 с.
3. Нгуен Динь Дап, Волшаник В. В., Джумагулова Н. Т. Мониторинг экологического состояния ка-¡3 чества воды в реке Толить в г. Ханое, Вьетнам // Безопасность в техносфере. — 2017. — № 5. —
I-
и
4. Нгуен Динь Дап, Джумагулова Н. Т., Волшаник В. В. Расчет гидро-химического индекса загряз-
со
О
а
О
С. 9-15.
нения воды в Ханое // Сборник докладов XII Международной научно-технической конферен-X ции, посвященной памяти академика РАН С. В. Яковлева. М.: Изд. МИСИ-МГСУ. — 2017. —
0 С. 78—84.
1_
О 5. Нгуен Ву Хоанг Фыонг. Оценка экологической ситуации крупных городов в Социалистической
и Республике Вьетнам // Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук.
г. Москва. — 2015. — 176 с.
^ 6. Миерс Т. Е. Оценка затрат на обработку загрязненных отложений // Сборник технических заме-1- ток (ERDCTN-DOERR8). Инженерно-исследовательский центр инженеров армии США. — Изв.
^ Виксбург США. — 2005.
§ 7. Долан Д. М., Шаарави А. Х. Выводы о загрузке точечных источников из данных мониторинга
речного потока // Мониторинг и оценка окружающей среды. Изд. Wiley Inter Science. — 1996. — № 12. — С. 343—357.
8. Жха Р., Озха С. Ц. П., Бхатиа К. К. Ц. Оценка неточечного источника загрязнения с использованием модифицированного подхода // Гидрологический процесс. Изд. Wiley Inter Science. —
<р 2007. — № 21. — С. 1098—1105.
i-u
I- -
О THE CONTENT OF HEAVY METALS IN TOLICH RIVER INNER CITY HANOI
CD
^ V. V. Volshanik, Dr. of Tech. Sc., Professor at the MGSU, [email protected],
о M. Yu. Slesarev, Dr. of Tech. Sc., Professor at the MGSU, [email protected],
и N. T. Dzhumagulova, Cand. of Tech. Sciences, Associate Professor at the MGSU,
Nguyen Dinh Dap, Graduate Student at the National Research Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), [email protected],
§ References
1. V. V. Volshanik, N. T. Dzhumagulova, Nguyen Dinh Dap, Pham Van Ngoc. Evaluation of environmental quality of surface water in Hanoi city (Vietnam) // Ecology of Urban Areas. — 2007. — Vol. 2. — P. 36—41.
2. Results of the ecological monitoring of the rivers of the internal city of Hanoi of the sewage zone from 2009 to 2013 // Department of Natural Resources and Ecology of Hanoi. — Hanoi. — 2013. — 48 p.
3. Nguyen Dinh Dap, V. V. Volshanik, N. T. Dzhumagulova. Monitoring of water quality's ecologicak status in Tolich river in Hanoi, Vietnam // Safety in technosphere. — 2017. — Vol. 5. — P. 9—15.
4. Nguyen Dinh Dap, N. T. Dzhumagulova, V. V. Volshanik. Calculation of the hydrochemical index of water pollution in Hanoi // Collected papers of the XII International Scientific and Technical Conference dedicated to the memory of Academician S. V. Yakovlev. — Publish house MISI-MGSU. — 2017. — P. 78—84.
5. Nguyen Vu Hoang Phuong. Assessment of the environmental situation of major cities in the Socialist Republic of Vietnam // The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of biological sciences. — Moscow. — 2015. — 176 p.
6. T. E. Myers. Cost Estimating for Contaminated Sediment Treatment-A Summary of the State of the Practice, DOER Technical Notes Collection (ERDC TN-DOERR8) // US Army Engineer Research and Development Center. — Publishing House Vicksburg U. S. A. — 2005.
7. D. M. Dolan and A. H. Shaarawi. Inferences about Point Source Loadings from Upstream/Downstream River Monitoring Data // Environmental Monitoring and Assessment. — Publishing House Wiley Inter Science. — 1996. — Vol. 12. — P. 343—357.
8. R. Jha, C. S. P. Ojha and K. K. S. Bhatia. Non-Point Source Pollution Estimation Using a Modified Approach // Hydrological Process. — Publishing House Wiley Inter Science. — 2007. — Vol. 21. — P. 1098—1105.
40
