Содержание к диссертации
Введение
1 Влияние объектов автотранспортной инфраструктуры урбанизировано территории на окружающую среду (состояние проблемы) 12
1.1 Оценка экологической опасности автотранспортной инфраструктуры для атмосферы 14
1.2 Оценка экологической опасности автотранспортной инфраструктуры для гидросферы
1.2.1 Загрязнение ливневого стока с автомобильных дорог 20
1.2.2 Загрязнение ливневого стока с мостовых переходов 23
1.2.3 Компонентный состав загрязненного ливневого стока 27
1.3 Оценка экологической опасности автотранспортной инфраструктуры для литосферы 31
1.4 Методы снижения негативного влияния автотранспортной инфраструктуры на окружающую среду урбанизированной территории 33
1.4.1 Снижение негативного воздействия автотранспортной инфраструктуры на атмосферный воздух урбанизированной территории 33
1.4.2 Снижение негативного воздействия автотранспортной инфраструктуры на гидросферу урбанизированной территории 39
Выводы по первой главе 45
2 Объект и методы исследования 46
2.1 Объект исследования 46
2.1.1 Географическое положение 48
2.1.2 Характеристика автозаправочных станций 48
2.1.3 Характеристика ливневой канализации
2.2 Методы исследования 51
2.2.1 Определение годовой динамики температуры газового пространства резервуара автозаправочной станции 51
2.2.2 Определение качественного состава паровоздушной смеси 52
2.2.3 Методика определения содержания тяжелых металлов в воде... 53
2.2.4 Фотометрический метод анализа тяжелых металлов 55
2.2.5 Определение содержания органических веществ 55
Выводы по второй главе 57
3 Оценка влияния объектов автотранспортной инфраструктуры урбанизированной территории на окружающую среду 58
3.1 Оценка негативного воздействия объектов автотранспортной инфраструктуры на окружающую среду 58
3.2 Структурные схемы оценки влияния объектов автотранспортной инфраструктуры на атмосферу и гидросферу урбанизированной территории
3.3 Загрязнение атмосферы при «большом дыхании» резервуара автозаправочной станции 65
3.3.1 Экспериментальное определение среднемесячной температуры паровоздушной смеси внутри резервуара автозаправочной станции 65
3.3.2 Обоснование выбора методики для расчета величины «большого дыхания» резервуара автозаправочной станции 70
3.3.3 Расчет величины «большого дыхания» резервуара при наливе нефтепродуктов в резервуар автозаправочной станции (на примере типичной АЗС) 76
3.4 Оценка загрязнения атмосферы при «малом дыхании» резервуара автозаправочной станции 80
3.4.1 Анализ возможности использования существующих методик расчета величины «малого дыхания» резервуара автозаправочной станции. 80
3.4.2 Расчет величины «малого дыхания» при хранении нефтепродуктов в резервуаре автозаправочной станции (на примере типичной АЗС) 83
3.5 Расчет величины «обратного выдоха» при хранении нефтепродуктов в резервуаре автозаправочной станции (на примере типичной АЗС) 89
3.6 Оценка загрязнения атмосферы выбросами паровоздушной смеси при заполнении топливных баков автомобилей 90
3.6.1 Разработка методики расчета величины выбросов паровоздушной смеси при заполнении топливных баков автомобилей 90
3.7 Комплексная оценка загрязнения атмосферы автозаправочными станциями 92
3.8 Оценка качественного состава выбросов паров нефтепродуктов при функционировании автозаправочных станций крупного города 97
3.8.1 Качественный состав выбросов паров нефтепродуктов при функционировании АЗС 98
3.8.2 Квотирование выбросов паров нефтепродуктов при функционировании автозаправочных станций с учетом санитарно-защитных зон 102
Выводы по третьей главе 109
4 Оценка воздействия автотранспортной инфраструктуры города на ливневый сток урбанизированной территории
4.1 Исследование компонентного состава ливневого стока урбанизированной территории 111
4.1.1 Исследование загрязненности ливневого стока урбанизированной территории 112
4.1.2 Оценка содержания тяжелых металлов в ливневом стоке урбанизированной территории 114
4.1.3 Исследование загрязненности ливневого стока урбанизированной территории нефтепродуктами 127
4.2 Категорирование урбанизированной территории по степени загрязненности ливневого стока 130
4.3 Анализ закономерностей формирования ливневого стока урбанизированной территории 132
Выводы по четвертой главе 143
5 Снижение негативного воздействия автотранспортной инфраструктуры урбанизированной территории на водные объекты 144
5.1 Алгоритм оценки влияния ливневого стока урбанизированной территории на экологическое состояние водных объектов 144
5.2 Рекомендации по снижению негативного воздействия автотранспортной инфраструктуры урбанизированной территории на водные объекты 146
5.2.1 Номограммы для определения качественного и количественного состава ливневого стока с мостовых переходов 146
5.2.2 Разработка системы очистки ливневого стока с мостовых переходов 149
5.2.3 Разработка системы очистки стока автозаправочной станции... 152
5.2.4 Разработка системы очистки ливневого стока урбанизированной территории 153
Выводы по пятой главе 156
Выводы 157
Список литературы
- Загрязнение ливневого стока с мостовых переходов
- Определение годовой динамики температуры газового пространства резервуара автозаправочной станции
- Структурные схемы оценки влияния объектов автотранспортной инфраструктуры на атмосферу и гидросферу урбанизированной территории
- Исследование загрязненности ливневого стока урбанизированной территории нефтепродуктами
Введение к работе
Актуальность темы. Прогнозируемый рост автомобильного парка РФ с 41,5 млн ед. в 2009 году до 68 млн ед. в 2030 году (Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года, 2008) обусловливает интенсивное развитие автотранспортной инфраструктуры, к которой относятся: дорожная сеть, мосты и тоннели, автозаправочные станции (АЗС), стоянки автотранспортных средств, а также иные объекты, обеспечивающие функционирование транспортного комплекса. Это ведет к увеличению экологической опасности автотранспортного комплекса, связанной с загрязнением окружающей природной среды, особенно в пределах урбанизированных территорий.
Экологическую опасность объектов автотранспортной инфраструктуры для окружающей среды представляют как выбросы паров нефтепродуктов при функционировании автозаправочных станций, являющиеся также источником повышенной пожаровзрывоопасности, так и сбросы ливневого стока, смывающего загрязняющие вещества с территории города.
Загрязнение атмосферного воздуха и качественное истощение водных ресурсов при функционировании объектов автотранспортной инфраструктуры приводит к значительному экологическому и экономическому ущербу, а также нарушает устойчивость экосистемы урбанизированной территории.
Актуальность настоящего диссертационного исследования обусловлена необходимостью выполнения Постановления Правительства РФ № 720 «Об утверждении технического регламента о безопасности колесных транспортных средств» от 10.09.2009 г. и Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года от 22.11.2008 г.
Работа выполнена по тематике, входящей в Перечень приоритетных направлений развития науки, технологии и техники в Российской Федерации, утв. Президентом РФ 21 мая 2006г. №Пр–843, Перечень критических технологий Российской Федерации, а также в рамках аналитической целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009–2010 годы)» по теме «Фрактальный анализ структур, возникающих в водной среде
при воздействии внешних факторов» по проекту 2.1.1/3179.
Цель работы. Снижение негативного воздействия автотранспортной инфраструктуры урбанизированной территории на атмосферу и гидросферу (на примере города Уфа).
Основные задачи исследования:
- анализ объектов автотранспортной инфраструктуры крупного промышленного центра и выявление основных видов негативного воздействия на атмосферу и гидросферу;
- количественная и качественная оценка загрязнения атмосферы выбросами паров нефтепродуктов при функционировании автозаправочных станций г.Уфы с учетом метеорологических факторов окружающей среды и технологических параметров АЗС;
- разработка рекомендаций по минимизации негативного воздействия автозаправочных станций на атмосферу урбанизированной территории;
- выявление особенностей загрязнения ливневого стока нефтепродуктами на территории г.Уфы с учетом технологических характеристик ливневой канализационной сети;
- разработка и совершенствование технологий очистки ливневого стока с учетом количества и размещения объектов автотранспортной инфраструктуры города для снижения их экологической опасности.
Научная новизна. Установлены закономерности изменения величины выбросов паров нефтепродуктов при колебаниях метеорологических параметров с учетом условий функционирования АЗС (объем резервуара АЗС, марка бензина, производительность АЗС).
Разработаны научно обоснованные методики комплексной оценки загрязнения атмосферного воздуха и расчета экологически допустимого выброса (квот) паров нефтепродуктов при функционировании АЗС.
Развиты научные основы выбора эффективной системы очистки ливневого стока:
– впервые разработана методика оперативной оценки концентрации загрязняющих веществ в ливневом стоке на оголовке ливневой канализационной сети;
– на основе определения функции желательности сформирована эколого-информационная система, отражающая степень загрязненности ливневого стока урбанизированной территории.
Практическая ценность работы. Полученные закономерности и методики позволяют:
определить оптимальные условия функционирования и размещения АЗС в пределах урбанизированной территории (Свидетельство о гос. рег. прог. для ЭВМ № 2009611617 от 26.03.09г.);
- оценить экономическую эффективность внедрения ресурсосберегающих технологий на АЗС для принятия решений и эффективного планирования природоохранных мероприятий (Свидетельство о гос. рег. прог. для ЭВМ № 2009611615 от 26.03.09г.).
Методика оперативной оценки концентрации загрязняющих веществ в ливневом стоке на оголовке ливневой канализации позволяет:
– экологически обосновать возможность размещения новых и реконструкции действующих объектов автотранспортной инфраструктуры (Свидетельство о гос. рег. прог. для ЭВМ № 2009611616 от 26.03.09г.);
– обосновать размещение очистных сооружений ливневого стока (либо перед сбросом в ливневую канализацию, либо на оголовке ливневой канализации).
Разработаны принципиальные технологические схемы очистки ливневого стока с территории объектов автотранспортной инфраструктуры города (Патент № 2372293 от 10.11.09г.).
Внедрение результатов исследований.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета и используются при подготовке бакалавров по направлению 280200 «Защита окружающей среды» и инженеров по направлению 280100 «Безопасность жизнедеятельности» по специальностям 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» и 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях».
На защиту выносятся:
- методика определения экологически допустимого выброса (квот) паров нефтепродуктов при функционировании АЗС на основе комплексной оценки загрязнения атмосферного воздуха;
- методика оперативной оценки концентрации загрязняющих веществ в ливневом стоке на оголовке ливневой канализационной сети, а также эколого-информационная система, сформированная на основе определения функции желательности и отражающая степень загрязненности ливневого стока урбанизированной территории;
- принципиальные технологические схемы очистки ливневого стока с территории объектов автотранспортной инфраструктуры города (Патент
№ 2372293 от 10.11.09г.).
Личный вклад автора заключается в постановке проблемы исследований, методическом обеспечении ее решения и анализе теоретических и экспериментальных результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались
и обсуждались на 13 международных, всероссийских и региональных научных конференциях, симпозиумах и семинарах в городах Уфа (2007, 2008, 2009), Ульяновск (2009), Тольятти (2009), Минск (2008, 2009).
Публикации. Тема диссертации отражена в 24 научных работах. Из них
в научных журналах, включенных ВАК РФ в список изданий, рекомендуемых для опубликования основных научных результатов на соискание ученой степени кандидата наук – 1. Получен патент на изобретение РФ, получены 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, включая 48 рисунков и 43 таблицы. Список литературы содержит 180 наименований. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения.
Загрязнение ливневого стока с мостовых переходов
Поскольку ливневый сток урбанизированных территорий является одним из основных источников загрязнения гидросферы, организованное его отведение и обезвреживание является важнейшим требованием охраны водных ресурсов (поверхностных и подземных) [61...67]. Так, в ряде крупных городов, таких как Москва [68] и Санкт-Петербург, на кольцевых автомобильных дорогах реализован организованный сбор, отвод и очистка ливневых стоков. Согласно СНиП 2.05.02-85 [69] на дорогах в пределах водоохранных зон должен предусматриваться организованный сбор воды с поверхности проезжей части с последующей её очисткой или отводом в места, исключающие загрязнения источников водоснабжения. Согласно СанПиН 2.1.5.980-00 [70] организованный сброс ливневых сточных вод в черте населенных пунктов не допускается: в пределах первого и второго округов санитарной охраны курортов; в местах туризма, спорта и массового отдыха населения. Тем не менее, ливневые воды с проезжей части дороги сбрасываются как напрямую в водные объекты, так и в ливневую канализационную сеть. Необходимо отметить, что действуют достаточно жёсткие условия приема загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации [71], по взвешенным веществам допускается к сбросу от 10 мг/л до 300 мг/л, по нефтепродуктам от 0,3 мг/л до 0,7 мг/л. Ливневые сточные воды с дорожного покрытия, как правило, не удовлетворяют этим требованиям. Основным загрязнителем воды являются нефтепродукты [71...74], которые обнаруживаются в концентрациях выше нормативных (от 1,10 до 6,06 ПДК) [35, 41, 75, 76]. Также существует превышение предельно допустимой концентрации по кислородному эквиваленту степени загрязненности воды органическими веществами (перманганатная окисляемость) [77].
Своевременный правильно организованный отвод воды с поверхности мостов и путепроводов — одна из важных конструктивных задач, от решения которой во многом зависит обеспечение не только транспортно-эксплуатационных качеств этих искусственных сооружений, но и состояние окружающей природной среды урбанизированной территории [60].
На некоторых мостах из-за недостаточно правильной схемы организации водоотвода и конструктивных элементов водоотводных устройств наблюдается затекание воды на тротуарные блоки, опорные части, пролетные строения и опоры, т. е. не обеспечивается полный отвод ливневых вод с проезжей части и тротуаров, с поверхности подходов и разделительной полосы [78...84].
На мостах высоких категорий устраивают разделительные полосы преимущественно выпуклого очертания в одном или разном уровнях с проезжей частью. При разделительной полосе выпуклого очертания и с повышенным уровнем по отношению к проезжей части поверхностный сток отводится односторонними поперечными уклонами, направленными от разделительной полосы через проезжую часть к тротуарам. На мостах без разделительной полосы или с разделительной полосой в одном уровне с проезжей частью устраивают двускатной водоотвод. Схему водоотвода устанавливают индивидуально применительно к конструктивным особенностям моста [87].
Отвод воды с проезжей части предусматривается в водоотводные трубки или через тротуарные блоки под мост, а в ряде случаев (путепроводы, городские мосты) через дождеприемные колодцы с отводом в ливневую канализацию, однако данная схема отвода ливневых вод, как правило, не внедряется [85, 86].
При строительстве или реконструкции дороги (в непосредственной близости от уже эксплуатируемой) в местах пересечений водотоков воду из образуемых междудорожных полос отводят в пересекаемые водотоки с помощью водосбросных откосных лотков типовых телескопических или иной конструкции, что отрицательно сказывается на экологическом состоянии водных объектов. При возведении моста с раздельными проезжими частями для отдельных направлений движения воду с разделительной полосы отводят сборными лотками, устраиваемыми по подмостовому откосу. Особенность такой схемы водоотвода -— необходимость устройства гасителя водной энергии потока у подошвы подмостового откоса и предохранение его от подмыва ливневыми водами, а также потребность в организованном отводе воды из гасителя водоотводными канавами или лотками-кюветами при постройке путепровода. В случае воздействий паводкового подтопления на подмостовые конуса должна быть обеспечена как их устойчивость, так и водосбросных лотков на подмостовых откосах между мостами под раздельные проезжие части автомобильных дорог. При данной схеме отвода ливневых стоков наблюдается значительное загрязнение водных объектов стоком [87].
Необходимость сброса воды, стекающей с поверхности путепроводов или городских мостов в общую ливневую канализацию возникает при пересечении железных или автомобильных дорог высоких категорий со скоростным движением, для недопущения попадания воды и загрязнения на проезжие части нижерасположенных дорог сток отводится в ливневую канализационную сеть города [89].
Расположение и устройство водоотводных трубок должно обеспечивать быстрый отвод воды и исключать возможность попадания стекающей воды на поверхность сооружения или на расположенную под путепроводом внизу дорогу, для этого устраивают продольные желоба, вертикальные водосточные трубы и водоприемники. При этом сброс загрязненного ливневого стока производится на рельеф местности или в водные объекты.
На мостах длиной до 50 м водоотводные трубки не устанавливают, обеспечивая сброс воды с проезжей части в водные объекты у начала и конца моста. Схема организации водоотвода с мостового перехода в водные объекты [60] приведена на рисунке 1.4.
Определение годовой динамики температуры газового пространства резервуара автозаправочной станции
Для определения качественного состава паровоздушной смеси проведены разгонки нефтепродуктов на колонке истинных температур кипения (ИТК) по методике [149] на аппарате АРН-2. По кривой перегонки (ИТК) устанавливают потенциальное содержание в нефти отдельных фракций нефтепродуктов или их компонентов. Строят кривую истинной температуры кипения перегоняемого продукта (ИТК) на основании зависимости температуры конца кипения отдельной фракции от ее суммарного выхода. На оси абсцисс откладывают суммарный выход фракции в процентах, на оси ординат — конечную температуру кипения соответствующей фракции. Полученные точки соединяют плавной линией.
Отбор фракций проводили с интервалом кипения в 100 С, каждую фракцию взвешивали [148]. Полученные ступенчатые линии аппроксимировали в непрерывные кривые ИТК. Проведен анализ бензинов марок Нормаль-80, Регуляр-82, Премиум-95, Супер-98. 2.2.3 Методика определения содержания тяжелых металлов в воде
Анализ содержания тяжелых металлов в воде проведен на основе определения индекса структуры кристаллограмм. Для получения кристаллограмм в системе: вода, кристаллообразователь использована методика W. F. Daems, усовершенствованная Л. А. Мороз [151, 152], согласно которой к 2 мл водного раствора содержащего NH- СО- группы добавляли 10 мл 2 %масс раствора соли тяжелого металла в этиловом спирте (х.ч.). Полученную смесь несколько раз встряхивали и через 15 мин фильтровали через бумажный фильтр. Фильтрация необходима для отделения коагулированных и денатурированных составляющих. Полученный фильтрат наливали в чистую обезжиренную чашку Петри ё=85мм и ставили в термостат при 40 С.
На стадии кристаллизации происходит испарение растворителя, раствор становится пересыщенным. Затем образуются зародыши, центры кристаллизации, из которых через некоторое время начинается лавинообразная кристаллизация. Завершающим этапом является испарение остатков растворителя с поверхности чашки Петри [171].
В процессе перехода из неупорядоченного жидкого состояния в упорядоченное кристаллическое в открытой системе кристалл-среда (существует отток растворителя в окружающую среду и приток тепловой энергии) на самоорганизующуюся кристаллизующуюся систему налагаются внешние связи: температура, примеси, толщина слоя раствора и т.д. При изменении одного из управляющих параметров может возникнуть неустойчивость и система переходит в новое состояние. В точке потери устойчивости нестабильными становятся небольшое количество коллективных мод, которые служат параметрами порядка, описывающими макроскопическую структуру. В то же время макроскопические переменные - параметры порядка определяют поведение микроскопических частей
Толщина слоя раствора составляла 1,0±0,1 мм. Время кристаллизации составляло 6,0±0,5 час. Высушивание проводилось до установления постоянного веса
Воспроизводимость результатов исследований проверяли путем параллельной кристаллизации 5 образцов одинакового состава. Как правило, кристаллограммы, полученные при параллельной кристаллизации, имели близкий габитус.
Полученные кристаллограммы возможно дифференцировать по характеру габитуса: образуют ли они фрактальный кластер, либо кристаллизуются в виде дендритов. Другим важным свойством фрактальной системы является свойство самоподобия. Фрактальными называют кристаллы, подобные структурам, полученным в результате компьютерного моделирования. Если дендриты отличает неразвитость вершин и граней (это искаженный габитус кристалла), то фрактальные объекты представляют собой структуры с высокой степенью разветвления.
Таким образом, образование фракталоподобной структуры определяется не симметрией кристаллобразующего вещества, а природой аниона и катиона, способностью кристаллообразователя к взаимодействию с источником NH-, СО- групп и растворителем. Существенное влияние на морфологию кристаллов, растущих в тонком не перемешиваемом слое жидкости в присутствии NH-, СО- групп оказывает природа аниона соли-кристаллообразователя. Фрактальность кластера, образуемого при кристаллизации из водно-органического раствора в присутствии источника NH-, СО- групп, зависит от начальной концентрации соли в кристаллизующейся системе. В связи с этим проведены исследования по получению кристаллов солей тяжелых металлов с концентрацией 0,5... 1,0 %масс.
Сканирование кристаллограмм Изображения кристаллограмм получены на объемном проекционном сканере ScanNex II в цветном и черно-белом варианте. При этом объектив создает изображение объекта, попадающее на светочувствительную линейку, которая пошагово перемещается в плоскости изображения и передает его в компьютер. Формат выходного изображения IFF, PCX, BMP, 8 или 24 бит на точку.
Для определения содержания тяжелых металлов в воде использован метод фотометрии с применением фотометра КФК-3. Фотометр КФК-3 предназначен для исследования различных материалов, пропускающих свет в видимом спектральном диапазоне и (или) ближних ИК и УФ диапазонах. При помощи фотометра измерены коэффициент пропускания, оптическая плотность исследуемых растворов, содержащих тяжелые металлы (Си , Fe2+, Zn2+).
Использован метод построения калибровочного графика в координатах: оптическая плотность - концентрация. Калибровочный график линеен и проходит через начало координат (закон Бугера-Ламберта-Бера). При определении оптической плотности растворов солей тялселых металлов использованы кюветы 10 мм, входящие в стандартный набор [155].
Структурные схемы оценки влияния объектов автотранспортной инфраструктуры на атмосферу и гидросферу урбанизированной территории
Как видно из рисунка 4.1, точки отбора проб охватывают всю территорию города Уфа. Для учета влияния гидрологических особенностей водных объектов (приемников ливневого стока) на формирование загрязнения, источником которого является ливневый сток урбанизированной территории, отбор проб проводился в весенний и осенний периоды 2008...2009 гг. — периоды интенсивного формирования ливневого стока.
Одним из характерных загрязнителей ливневого стока являются тяжелые металлы. Существующие методы определения содержания тяжелых металлов в воде характеризуются значительной трудоемкостью и ограниченно применимы в условиях необходимости единовременного проведения значительного количества опытов. Это обусловливается периодичностью выпадения осадков и формирования ливневого стока урбанизированной территории. Именно в данный период существует возможность анализа загрязненности ливневого стока.
Оценка содержания тяжелых металлов в ливневом стоке урбанизированной территории Для анализа содержания в воде тяжелых металлов использованы методы биокристалломики - науки, изучающей структуру, свойства и функциональное значение биогенных кристаллов. В последние годы методы биокристалломики находят применение для изучения биологических субстратов в медицине [169].
Одним из основных недостатков биокристаллоскопических методов исследования является слабое использование количественных параметров учета результатов биокристаллогенеза. Большинство работ, посвященных данной проблеме, включают исключительно визуальное описание картин свободного и инициированного кристаллообразования [171... 173], что значимо затрудняет стандартизацию, верификацию и использование полученной информации, практически нивелируя возможность формирования объективного заключения по конкретному образцу препарата [174... 176]. Использование компьютерной программы оценки количественной величины индекса структуры исключает субъективизм в оценке структурных изменений кристаллограмм.
Самоорганизующимися системами (например, кристаллизующимися) можно управлять на макроуровне, изменяя действующие на них внешние факторы (концентрации тяжелых металлов, внешние воздействия). Эти изменения способны уводить систему от термодинамического равновесия. Флуктуации в определенных условиях могут трансформировать сильно неравновесные системы в состояние либо бифуркаций, либо неравновесных фазовых переходов. Качественные макроскопические изменения сопровождаются появлением новых структур.
Для отработки и расширения функциональной применимости методики оперативного определения тяжелых металлов в воде проведено исследование растворителей, источников NH- и СО- групп, выбора центра и радиуса кластера для расчёта индекса структуры кристаллограммы и влияния слабых воздействий на кристаллизацию и индекс структуры кристаллов.
Определение растворителя. В качестве растворителей использовались этиловый спирт и вода. Наличие только воды в качестве растворителя не дает фрактальную картину кристаллов, однако и полное исключение воды из пробы приводит к образованию только сухого остатка, без формирования кристаллов. В связи с тем, что температура кипения этилового спирта (78,4 С) ниже температуры кипения воды (100 С), для повышения оперативности метода анализа тяжелых металлов в воде, основная часть экспериментов проведена с этиловым спиртом в качестве растворителя.
Определение источника NH- и СО- групп. В качестве источника NH-и СО- групп использовались: мочевина, синтетическое моющее средство и глицин. При использовании мочевины формируется фрактальная структура кристаллов. Синтетическое моющее средство формирует структуру осадка, схожую со структурой осадка при использовании воды в качестве растворителя. Использование глицина в качестве источника NH- и СО- групп дает наиболее четкую структуру кристаллов. Проводились исследования наличия источника NH- и СО- групп различной массы: 0,001...0,005 г увеличение массы источника NH- и СО- групп приводит к значительному увеличению центров кристаллизации. Основные эксперименты проводились с глицином как источником NH- и СО- групп при массе 0,001 г.
Поскольку вычисление индекса структуры проводится внутри круга заданного центра и радиуса, при использовании программы запрашиваются данные о центре кристаллограмм и радиусе, ограничивающего часть кристаллограммы, в пределах которой необходимо проводить расчеты. Вследствие этого при расчете индекса структуры кристаллограмм возникли задачи выбора и обоснования центра кристаллограммы, а также поиска наиболее информативного радиуса для его вычисления. В результате анализа данных задач предложены следующие решения, представленные схематически на рисунке 4.2.
Исследование загрязненности ливневого стока урбанизированной территории нефтепродуктами
Установка очистки ливневых сточных вод с моста (рисунок 5.6) содержит приемный аккумулирующий резервуар 1 с корпусом 2, содержащий решетку 3 на входе ливневых вод, пескосборный бункер 4, блок отделения взвешенных частиц и нефтепродуктов 5, состоящий из перегородок, меняющих направление воды, камеру для накопления нефтепродуктов 6, резервуар очищенной воды 7 и гидрозатвор 8, через который частично очищенные стоки направляются на доочистку на биоплато лестничного типа 9. К пескосборному бункеру 4 подведен патрубок для удаления взвешенных частиц 10. Камера для накопления нефтепродуктов 6 и аккумулирующий резервуар 1 имеют патрубки для отвода нефтепродуктов, соединяющийся в один патрубок 11. Блок отделения взвешенных частиц и нефтепродуктов 5 содержит люк 12 для удаления осевших там частиц. При заполненном объеме аккумулирующего резервуара 1, ливневые стоки уходят из установки через переливной трубопровод 13, расположенный в верхней ее части, на биоплато 9.
Работа установки очистки ливневых сточных вод с моста осуществляется следующим образом. Ливневый сток с моста по лотку 14, через приемную решетку 3 сливается в приемный аккумулирующий резервуар 1, объем которого обеспечивает их прием. Далее, ливневый сток через переливной трубопровод 13 подается на доочистку на биоплато 9.
Более крупные частицы песка и других взвешенных (твердых) веществ оседают в нижнюю конусную часть пескосборного бункера 4, а большая часть нефтепродуктов всплывает вверх аккумулирующего резервуара 1, образуя плавающую пленку, откуда удалятся через патрубок для отвода нефтепродуктов 11. Накопившиеся твердые частицы удаляются периодически из пескосборного бункера 4 через скважину 10 с помощью погружного грязевого насоса или ассенизационной машиной с помощью вакуума. Далее проходя блок отделения взвешенных частиц и нефтепродуктов 5, состоящего из перегородок, меняющих направление воды, оседают и более мелкие взвешенные частицы на дно этого блока 5, а часть нефтепродуктов всплывает в камеру для накопления нефтепродуктов 6, откуда удаляются через тот же патрубок для отвода нефтепродуктов 11. Таким образом, уже частично очищенная вода попадет в резервуар очищенной воды 7 и через гидрозатвор 8 отправится на биоплато на доочистку от растворенных нефтепродуктов. Осажденные частицы из блока отделения взвешенных частиц и нефтепродуктов 5 удаляются через люк 12. Работа установки прекращается при понижении уровня воды в аккумулирующем резервуаре 1 до нижнего рабочего уровня 15.
На установку очистки ливневого стока с моста получен патент РФ № 2372293 от 10.11.09г. Расчет установки очистки ливневого стока с моста для реки Белой представлен в приложении В.
Для очистки ливневого стока АЗС (рисунок 5.7) предлагается сток подавать в приемно-отстойную камеру для отделения взвешенных веществ и пленочных нефтепродуктов. Далее стоки из приемно-отстойной камеры при помощи насоса подаются на биоплато конической формы с размещенной на ней высшей водной растительностью, применяемой для очистки стоков от растворенных нефтепродуктов. Периодически производится удаление взвешенных веществ и пленочных нефтепродуктов из приемно-отстойной камеры.
Ливневый сток 1 из водосточного коллектора поступает в приемно-отстойную камеру О, далее через фильтрационную дамбу ГК1 сток поступает в секцию очистки БВВ с размещенной на ней высшей водной растительностью, а именно воздушно-водной растительностью, происходит основная очистка стока от нефтепродуктов, биогенных веществ и тяжелых металлов, при выпадении катастрофического количества осадков, а также при паводке ливневый сток через выемку в боковой части секции очистки подается в обводной канал ОК, снабженный поперечными перегородками для снижения скорости течения и увеличении времени контакта стока с воздушно-водной растительностью расположенной в обводном канале. Часть стока через фильтрационную дамбу ГК2 поступает в секцию доочистки БВ с размещенной на нем высшей водной растительностью, а именно водной растительностью, происходит доочистка стока от нефтепродуктов, биогенных веществ и тяжелых металлов, далее через фильтрационную дамбу ГКЗ сток поступает в водный объект. Необходимость создания обводного канала обусловливается наличием катастрофически больших значений количества осадков. Фильтрация стока из секции очистки производится через фильтрационную дамбу, однако, при превышении расхода через секцию очистки над расходом через фильтрационную дамбу происходит переполнение секции очистки, при этом возможен перелив через фильтрационную дамбу и поступление стока без предварительной очистки на секцию доочистки, что отрицательно сказывается на эффективности очистки ливневого стока. Для исключения перелива через фильтрационную дамбу в боковой стенке секции очистки, ниже общего уровня устраивается выемка, через которую сток подается : в обводной канал с поперечными перегородками и высшей водной растительностью.
При паводковом уровне реки секция доочистки и фильтрационная дамба в качестве элементов системы очистки ливневого стока не функционируют, при этом полное покрытие водой воздушно-водной растительности секции очистки не происходит, приемно-отстойная камера так же не подтапливается, компенсация изъятия секции доочистки и фильтрационной дамбы производится за счет перелива стоков из секции очистки через выемку в обводной канал с последующей очисткой посредством взаимодействия с поперечными перегородками и высшей водной растительностью.
Расчет установки очистки ливневого стока урбанизированной территории представлен в приложении Д. Предложенная схема очистки ливневого стока адаптирована для очистки ливневого стока на оголовках ливневой канализации урбанизированной территории при d-, = (0,33...0,66) или при d; = (0,66... 1] с дополнительным размещение установи очистки стока АЗС.
Предложенные принципиальные технологические схемы и размещение очистных сооружений ливневого стока на основе использования эколого-информационной системы, сформированной с применением функции желательности, позволяют уменьшить уровень экологической опасности функционирования объектов автотранспортной инфраструктуры и очистить ливневый сток до норм сброса в водные объекты рыбохозяйственного назначения.
