Введение к работе
Актуальность работы. Жизнедеятельность человека сопряжена с высоким уровнем техногенной нагрузки на окружающую среду. Сброс неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод в водные объекты приводит к ухудшению экологической и социальной обстановки.
Водный объект - приемник очищенных сточных вод, как элемент гидросферы, и очистные сооружения канализации (ОСК) - выпуск очищенных сточных вод, как элемент техносферы, представляют собой природно-техногенный комплекс, особенности функционирования которого формируют новое геоэкологическое состояние малой природной водной экосистемы.
Для обеспечения экологической безопасности необходимо предусматривать очистку сточных вод от примесей до их содержания, не оказывающего негативного влияния на водный объект. Существующая проблема осложняется моральным и физическим износом коммунальных ОСК, высокой пространственной рассредоточенностью поселений в РФ и неэффективностью водного законодательства. Это в совокупности делает убыточной деятельность предприятий во допрово дно-канализационного хозяйства (ВКХ), препятствует притоку инвестиций в социально-значимую отрасль и сводит к минимуму рентабельность капиталовложений. В наиболее сложной ситуации находятся объекты малой канализации, располагающие устаревшими основными фондами, работающие в убыток и не имеющие четких механизмов повышения эффективности своей работы, государственной и частной поддержки.
Современные природоохранные нормативы требуют оптимизации взаимодействия ОСК с водным объектом путем внедрения технологий глубокой очистки от соединений азота и фосфора практически для всех объектов канализации, даже в небольших сельских поселениях. Однако механизмы регулирования техногенной нагрузки на водные экосистемы, эффективные в крупных городах, зачастую не подходят для использования в малых поселениях ввиду их специфических особенностей. Применение сложных технологических схем в сельской местности связано с существенным экологическим риском для водного объекта при нарушении эксплуатационного режима работы сооружений и экономическим риском для предприятия ВКХ.
На этапе реформирования законодательства отрасли важное место занимают вопросы планирования и развития систем водоотведения. В этих условиях внедрение передовых технологий на малых ОСК должно осуществляться дифференцированно, с учетом технических, технологических, административных, юридических, экономических и экологических аспектов. Важным этапом модернизации сектора ЖКХ является разработка технологии ранжирования объектов коммунальной деятельности по фактическому негативному воздействию на окружающую среду.
Рабочая гипотеза: геоэкологическое комплексное исследование взаимодействия водного объекта и выпуска очищенных сточных вод малых коммунальных очистных сооружений канализации позволит:
выявить особенности формирования гидрохимического режима малых рек в условиях антропогенной нагрузки;
сформулировать критерии экологической значимости состояния рассматриваемого комплекса, как природно-техногенной системы;
разработать технологию ранжирования объектов ЖКХ по уровню негативного воздействия на водные экосистемы.
Цель работы: геоэкологическая оценка комплекса «водный объект -выпуск очищенных сточных вод» и разработка научно обоснованных мероприятий по сокращению негативного техногенного воздействия объектов ЖКХ на водные экосистемы.
Для достижения цели сформулированы следующие задачи:
аналитический обзор существующей научно-технической, нормативной и методической литературы по проблеме обеспечения природоохранных нормативов на объектах водоотведения в России и за рубежом;
сбор и анализ данных официальной статистической информации и составление региональной базы данных канализационных очистных сооружений объектов ЖКХ малых населенных пунктов;
оценка влияния выпусков очищенных сточных вод малых коммунальных очистных сооружений канализации на качество воды водных объектов;
комплексная геоэкологическая оценка качества очищенных сточных вод и барьерных возможностей существующих биологических очистных сооружений канализации малых населенных пунктов;
разработка методики оценки техногенной нагрузки на водные объекты от малых коммунальных очистных сооружений канализации, учитывающей качественные и количественные характеристики сбрасываемых сточных вод;
разработка устройства и алгоритма для исследования процессов биологической очистки сточных вод малых населенных пунктов в лабораторных и промышленных условиях;
экспериментальные исследования биологической очистки сточных вод и оценка условий внедрения технологии глубокой очистки на очистных сооружениях канализации малых населенные пунктов;
разработка комплекса мероприятий по сокращению негативного техногенного воздействия на водные объекты за счет повышения эффективности работы объектов ЖКХ.
Научная новизна работы:
выявлены закономерности антропогенного влияния выпусков очищенных сточных вод на гидрохимический режим малых рек;
разработан и апробирован индекс техногенной нагрузки на водные объекты для комплексной сравнительной оценки выпусков очищенных сточных вод;
теоретически и экспериментально оценены барьерные возможности биологических очистных сооружений канализации малых населенных пунктов с учетом возможности обеспечения природоохранных нормативов;
- проведена сравнительная оценка эффективности основных технологий
очистки сточных вод малых коммунальных очистных сооружений канализации и
сформулированы принципы их применения с учетом влияния выпусков на
экологическое состояние водных объектов.
Практическая значимость:
составлена региональная база данных коммунальных очистных сооружений канализации малых населенных пунктов Вологодской области, которая может быть использована при решении ряда практических задач;
разработан метод оценки влияния выпусков очищенных сточных вод малых населенных пунктов на качество воды водных объектов, который может быть использован при реализации государственной политики в сфере реформирования ЖКХ и охраны окружающей среды;
разработана и научно обоснована методика экспериментальных исследований процессов биологической очистки в производственных условиях, которая может быть использована при подборе технологий очистки сточных вод;
выявлены особенности эксплуатации и факторы, негативно влияющие на внедрение технологии глубокой очистки ОСК сельских поселений, которые могут быть использованы при модернизации объектов водоотведения;
разработана программа мониторинга и модернизации объектов водоотведения, включающая краткосрочные и долгосрочные мероприятия, которая может быть использована для целевого планирования развития сектора ЖКХ малых населенных пунктов;
разработан комплекс технических, технологических и организационно-хозяйственных мероприятий, направленных на сокращение негативного техногенного воздействия объектов ЖКХ на окружающую природную среду.
На защиту выносятся:
результаты исследований влияния выпусков очищенных сточных вод малых населенных пунктов на качество воды водных объектов;
результаты сравнительной оценки выпусков очищенных сточных вод малых коммунальных очистных сооружений канализации;
методика комплексной сравнительной оценки выпусков очищенных сточных вод на основе индекса техногенной нагрузки на водные объекты;
результаты сравнительной оценки основных технологий очистки сточных вод малых коммунальных очистных сооружений канализации и рекомендации по их применению с учетом влияния выпусков на водные объекты;
комплекс технических, технологических и организационно-хозяйственных мероприятий, направленных на сокращение негативного воздействия объектов ЖКХ на окружающую среду;
- программа мониторинга и модернизации объектов водоотведения.
Достоверность подтверждается тем, что:
- при составлении базы данных и проведении теоретических
исследований использована официальная статистическая информация;
при проведении экспериментальных исследований все анализы по оценке качества воды выполнялись по стандартным методикам измерений на аккредитованном оборудовании и в аккредитованных лабораториях;
для статистической обработки временных рядов и данных экспериментальных исследований использованы сертифицированные программные продукты.
Внедрение результатов. Результаты теоретических и
экспериментальных исследований приняты к внедрению в проекты реконструкции ОСК г. Вологды, п. Шексна, сельских поселений Чуровское и Чаромское Шекснинского района Вологодской области. Разработанные рекомендации по снижению негативного воздействия на водные объекты приняты к использованию при реализации Государственной программы Вологодской области «Охрана окружающей среды, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов на 2013-2020 годы» Департаментом строительства и жилищно-коммунального хозяйства и Департаментом природных ресурсов и охраны окружающей среды Вологодской области. Разработанные рекомендации по организации структурного подразделения, деятельность которого направлена на сокращение негативного воздействия на окружающую среду, принята к внедрению Некоммерческим партнерством предприятий жилищно-коммунального хозяйства Вологодской области. Результаты исследований внедрены в учебный процесс Вологодского государственного технического университета (ВоГТУ).
Апробация работы и публикации. Изложенные в диссертационной работе материалы докладывались и обсуждались на 12 конференциях международного и всероссийского уровня, в числе которых 3-я, 4-я, 5-я конференции IWA «Опыт и молодость в решении водных проблем» (Алматы, 2011г.; Санкт-Петербург, 2012г.; Киев, 2013г.), научно-техническая конференция «Яковлевские чтения-8» (Москва, НПО «ВОДГЕО», 2013 г.), научно-практическая конференция, посвященная памяти СВ. Яковлева (Москва, МГСУ, 2012 г.). Также результаты исследований обсуждены на заседаниях созданной по инициативе Общественной палаты и Департамента строительства и жилищно-коммунального хозяйства Вологодской области рабочей группы по выработке единой политики и содействию реализации мероприятий по развитию и реформированию жилищно-коммунального хозяйства области и на кафедре водоснабжения и водоотведения ВоГТУ.
Исследования по теме диссертации проводились при поддержке гранта Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере развития по программе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК») и гранта Правительства Вологодской области.
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ на полезную модель.
Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 161 наименования и 5 приложений. Общий объем работы составляет 226 страниц машинописного текста, содержит 62 рисунка, 36 таблиц.
