misle.ru страница 1
скачать файл
О.Ю. ДЕРЕВЕНСКАЯ, Н.М.МИНГАЗОВА, Л.Р. ПАВЛОВА

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань,

ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВОДОЕМОВ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ ОЗЕР КАБАН)
Озера урбанизированных территорий, как правило, подвержены сильному антропогенному воздействию, результатом которого является стремительное ухудшение их состояния. Проекты восстановления водных объектов требуют больших финансовых вложений, поэтому примеры их осуществления в России, да и за рубежом немногочисленны. В связи с этим огромный научный и практический интерес представляют многолетние наблюдения за состоянием озер системы Кабан в г.Казани и разработка концепции восстановления озер в зависимости от антропогенной нагрузки на них.

Водоемы озерной системы Кабан г. Казани (Нижний, Средний и Верхний) в течение XVII-XX вв. испытывали сильное промышленное и коммунальное воздействие, следствием этого явились антропогенное эвтрофирование, токсикофикация и термофикация. В прошлом озера были пригодны для водоснабжения города, но из-за поступления промышленных и бытовых сточных вод в условиях непроточности, водоемы к 1970-м гг. достигли состояния сильного загрязнения.

С целью улучшения качества воды в озерах был разработан проект оздоровления и в 1981 г. начались работы по его реализации. Проект включал строительство канализационного коллектора для сбора аварийных канализационных вод, отведение промышленных сточных вод, ранее сбрасываемых в озера Н. Кабан и С.Кабан, на очистные сооружения, очистку дна озер Н.Кабан и С. Кабан от загрязненных донных отложений, благоустройство берегов. Проект по очистке дна озер Кабан предполагал выемку наиболее загрязненного поверхностного слоя донных отложений на всей протяженности озер и захоронение их в отстойниках. Дноуглубительные работы на оз. Н.Кабан проводились с 1983 г. по 1987 г. Выемка ила производилась на расстоянии 50 м от берега, глубина выбираемого ила в среднем составляла 2 м. К концу 1987 г. объем выработки составил в целом 1102 тыс.м3 загрязненных донных отложений, одновременно с илом было перекачано 15250 тыс.м3 воды, т.е. практически вода в озере была заменена полностью 6-7 раз. В 1982-1983 гг. действовала система временной проточности. Вода из оз. Н. Кабан откачивалась в р. Казанку (в объеме до 25 тыс.м3/сут), а из оз. С. Кабан - через дрену и насосную станцию - в р. Волгу (объемом до 23 млн.м3/год).

Гидромеханизированные работы на оз. С. Кабан начались в 1988 г. Максимальная глубина разработки - 10 м, минимальная - 2,5 м. В соответствии с проектом, общий объем изъятых донных отложений должен был составить 3142 тыс.м3. Однако, в связи с изменением экономической ситуации в стране реализация проекта была прекращена. Современное состояние озер системы Кабан далеко от идеального.

В оз. Н.Кабан наблюдается пересыщение кислородом поверхностных слоев воды, в придонном слое отмечался дефицит кислорода. Электропроводность в поверхностном слое воды изменялась от 990 до 1415 мкС/см, в придонном – от 1132 до 1557 мкС/см. Из соединений биогенных элементов в воде озера были обнаружены: аммоний (в концентрации, превышающей ПДК в 6,8 раз и соответствующей разряду «сильно загрязнённой» воды), нитриты (в концентрации, превышающей ПДК в 1,6 раза и соответствующей разряду «умеренно загрязнённой» воды, нитраты (разряд «очень чистой» воды) и фосфаты (разряд «очень чистой» воды). В воде озера отмечалась высокая концентрация нефтепродуктов, равная 0,078 мг/л, что составляло 1,5 ПДК в поверхностных слоях, а в придонных - до 2,5 ПДК. В воде озера отмечались превышения ПДК тяжёлых металлов: меди в 8,1 раза, цинка – в 11,3 раза, марганца – в 11,0 раза, железа – в 3,2 раза. ИЗВ поверхностного слоя воды составлял 2,1, что характеризует воду как «умеренно загрязнённую» и соответствует III классу качества.

Водоем характеризуется интенсивным развитием нитчатых и колониальных видов фитопланктона (синезеленые и хлорококковые) в период летнего «цветения», приходящегося на август месяц. По уровню биомассы и по индексу трофности водоем можно отнести к гипертрофному. Вода озера относится к III классу качества, «умеренно загрязненная», разряд «удовлетворительно чистая». Видовое разнообразие зоопланктона в водоеме среднее и снижается в периоды «цветения». Значения индекса сапробности по зоопланктону соответствовали состоянию умеренного загрязнения. Сообщество макрозообентоса обладает низким видовым разнообразием, невысокими значениями численности и биомассы. По индексу Шеннона качество воды соответствовало загрязненным водам, по индексу сапробности – умеренно загрязненным, по индексу Гуднайта-Уитли и индексу Вудивисса вода в озере характеризуется как «грязная». Качество воды в озере (по усредненным данным) соответствовало к III–IV классу (умеренно загрязненная-загрязненная; эвтрофно-гипертрофные водоемы).

Для оз. Н. Кабан наибольшей проблемой является поступление ливневых сточных вод. Воды ливневой канализации необходимо отводить на очистные сооружения ливневых стоков. Инженерное решение возможно реализовать при помощи механической очистки, применив установки микрофильтрации барабанного типа.

Поступление в оз. Н.Кабан ливневых сточных вод приводит к загрязнению донных отложений соединениями тяжелых металлов, нефтепродуктами. Необходимо провести частичное изъятие поверхностного слоя донных отложений в местах выпуска ливневых сточных вод для предотвращения вторичного загрязнения воды озера. Для выемки донных отложений наиболее приемлем гидромеханизированный способ. Параллельно, для насыщения воды кислородом необходимо проводить аэрацию воды. Для аэрации воды предлагается использовать традиционные аэраторы и оксидаторы (для работы в зимний период). Для биологической очистки озера, изъятия биогенных веществ, тяжелых металлов и нефтепродуктов возможно использование высших водных растительний (для высадки на перемещающихся понтонах и в литоральной части озера) с обязательным удалением биомассы в конце вегетационного периода.

Оcновными источниками загрязнения оз. С. Кабан являются: массовое поступление ливневых стоков, ведущее к загрязнению и заилению озера; термальное и химическое загрязнение озера сточными водами Казанской ТЭЦ-1; загрязнение вследствие аварийных сбросов предприятий и выпусков хозяйственно-фекальной канализации; вторичное загрязнение из донных отложений.

Температура воды в оз.С.Кабан в среднем на 1,5 оC выше, чем в аналогичных озерах вследствие поступления термальных сточных вод КТЭЦ-1. Тип воды в озере преимущественно сульфатно-гидрокарбонатно-кальциевый. За последние 5 лет средние значения суммы главных ионов увеличились от 758 мг/дм3 до 1031 мг/дм3. Значительную роль в формировании сульфатного типа воды играют сточные воды, особенно КТЭЦ-1, содержание сульфатов в которых обычно в 1,8-3,3 раза превышает ПДК. Газовый состав оз. С. Кабан соответствует эвтрофным водоемам: в поверхностных слоях содержание растворенного кислорода высоко -11,8-14,9 мг/дм3 (118-146 %), в придонных – отсутствие. Присутствие сероводорода отмечалось на глубине 6 м и ниже, содержание H2S на глубине 10-15 м составляло 0,0011 мг/дм3. Неблагополучный газовый режим формировался за счет накопления органического вещества, поступающего со сточными и ливневыми водами. Содержание аммонийного азота в поверхностных слоях воды изменялось от 0,07 до 1,6 мг/дм3 (3 ПДК), в придонных – от 4,8 до 16,8 мг/дм3 (9,5-33,6 ПДК). Максимальные концентрации отмечались в районе выпусков промышленных сточных вод и ливневой канализации. В некоторые годы (2006, 2010 гг.) отмечалось превышение ПДК содержания нитритов в воде (в 1,2-1,6 раза), что обусловлено высоким содержанием NO2 в сточных водах (2,9-6,8 ПДК). Содержание фосфатов изменялось от 0,025 до 3,82 мг/дм3, максимальные значения отмечались в придонных слоях воды. В воде озера неоднократно отмечалась высокая концентрация нефтепродуктов (1,4-3,2 ПДК), отмечались превышения ПДК по содержанию меди, железа, цинка, марганца, никеля и свинца. Содержание меди в придонных слоях превышало ПДК в 21 раз, железа – в 3,7, марганца – в 197 раз. Содержание меди в ливневых сточных водах составляло 19-58 ПДК, никеля - 2-14, марганца - 11-360 ПДК (по данным 2008-09 гг.), а в 2010 г. (в связи с необычно малым количеством выпавших осадков в летнее время) содержание меди в сточных водах увеличилось до 112 ПДК, марганца – до 13 ПДК. Средние значения ИЗВ изменялись в поверхностных слоях (2005-2010 гг.) от 1,04 до 11,2, в придонных слоях – от 117,19 до 146,49 в 2009 г. и от 469 до 655,9 в 2010 г.

Трофность озера по биомассе фитопланктона за период исследований менялась от олиготрофного типа до гипертрофного. Класс качества воды менялся от класса «чистая» до «грязная» с разрядами «вполне чистая» - «весьма грязная». Сообщество зоопланктона отличается относительно невысоким видовым богатством, состав видов характерен для эвтрофных и загрязненных озер. Часто наблюдается развитие только одного из видов зоопланктона, наиболее приспособленного к сложившимся условиям. В этом случае нормальная структура сообщества бывает нарушена, что характерно для загрязненных водоемов. Индекс сапробности изменялся от 1,53 до 1,62 (в пределах β-мезосапробной зоны). Класс качества воды определяется как «умеренно-загрязненная», но это свидетельствует только об оценке органического загрязнения, а в случае с оз. С.Кабан, вероятно, преобладают загрязнители-токсиканты. По показателям макрозообентоса оз. С. Кабан относится к категории загрязненных. Отсутствие организмов зообентоса в профундали является следствием высокого по уровню и длительного по времени токсического загрязнения озера. Для улучшения качества воды и восстановления сообществ водных организмов требуется проведение оздоровительных мероприятий.

Вследствие значительного загрязнения поверхностного слоя донных отложений, необходимо его изъятие. Для выемки донных отложений из оз. С.Кабан наиболее приемлем гидромеханизированный способ. Рекомендовано удаление донных отложений на площади 70 га, толщиной 2 м, общим объемом 140 000 м3. На тех участках, где изъятие загрязненного грунта невозможно (или после осуществления работ) рекомендуется экранирование дна - присыпка донных отложений слоем чистого песка, глины или сорбирующего материала толщиной 15-30 см. Мероприятие проводится для предотвращения выхода биогенных и загрязняющих веществ из донных отложений. Параллельно, для насыщения воды кислородом необходимо проводить аэрацию воды. Аэрация ускоряет окислительные процессы, способствует очищению водоема. Для аэрации воды предлагается использовать традиционные аэраторы и оксидаторы (для работы в зимний период).

На крупных выпусках ливневой канализации необходимо разместить очистные сооружения ливневых стоков. Инженерное решение возможно реализовать при помощи механической очистки, применив установки микрофильтрации барабанного типа. Данные установки будут функционировать в двух режимах – очищать поступающие сточные воды во время интенсивного их поступления, в остальное время очищать воды озера.

Вдоль береговой зоны озера Средний Кабан предусматривается непрерывная система озеленения с включением участков существующих зеленых насаждений. Для биологической очистки озера, изъятия биогенных веществ, тяжелых металлов и нефтепродуктов предлагается использовать высшую водную растительность (для высадки на перемещающихся понтонах и в литоральной части озера). Макрофиты могут использоваться также для предварительной очистки воды в канале КТЭЦ-1, впадающем в озеро. Здесь чередуют мелкие участки (с высаженной растительностью, поглощающей биогенные вещества) и глубоководные участки (где активнее происходит аэрация воды и осаждение загрязняющих веществ).

Оз. В. Кабан электропроводность воды невысокая (400-500 мкС/см), что указывает на сохранение природного состава воды, по сравнению с остальными озерами системы Кабан. Озеро характеризовалось высокой прозрачностью, достигавшей в июне 1,7 м. Содержание растворенного кислорода в поверхностном слое составляло 12,2 мг/дм3, что соответствует 140 % насыщения. Тип воды соответствовал гидрокарбонатно-кальциевому или гидрокарбонатно-хлоридно-магниевому типу. Из соединений биогенных элементов в воде озера были обнаружены: аммоний в концентрации, превышающей ПДК в 2,2 раз, нитриты, нитраты и фосфаты. Содержание нефтепродуктов и АПАВ находилось в пределах нормы. В воде озера отмечались превышения ПДК тяжёлых металлов: меди в 3,0 раз, цинка – в 6,0 раза, марганца – в 7,6 раза, железа – в 1,2 раза. ИЗВ поверхностного слоя воды составил 0,55, что характеризует воду как «чистую» и соответствует II классу.

По данным ОАО «Татводпроект» (2000 г.) илы относятся к минеральным, с небольшим содержанием органических веществ (0,1-0,9 %). Наибольшее заиление наблюдается в северной части озера (4 - 6 м) и в центре озера (до 2 м). Минимальная мощность заиления отмечается в юго-западной части озера (0-1 м). Валовое содержание тяжелых металлов в донных отложениях в 2002 году составляло: меди – 17 мг/кг, цинка – 40 мг/кг, марганца – 334 мг/кг, свинца – 8 мг/кг, кадмия – менее 10 мг/кг сухого веса.

По уровню биомассы фитопланктона и по индексу трофности водоем можно отнести к эвтрофному. Значения индекса сапробности по зоопланктону в большинстве случаев соответствовали -мезосапробной зоне (умеренно загрязненная вода). Индексы видового разнообразия по численности и биомассе зообентоса довольно велики и равны 2,28 и 2.8, соответственно, что связано с большим видовым богатством и выравненностью сообщества. Биотический индекс Вудивиса равен 5, что соответствует III классу качества воды, а по степени загрязненности данный водоем относится к умеренно-загрязненным.

Озеро является рекреационным объектом, здесь расположен городской пляж, но в последние годы купание запрещают из-за неудовлетворительного качества воды по микробиологическим показателям. Загрязнение озера происходит вследствие поступления вод поверхностного стока с территории пос. Борисково, автодорог, а также атмосферного переноса. Небольшие глубины водоема и приток минеральных форм биогенных веществ стимулируют развитие водной растительности. Вода из озера используется близлежащими садоводческими товариществами, а также для полива зеленых насаждений и дорог г.Казани. За сезон (4 мес.) из озера в среднем изымают около 2880 тонн воды, что вызывает снижение уровня воды.



Для улучшения состояния озера необходимо проведение, в первую очередь, профилактических мероприятий, включающих благоустройство прибрежной зоны (создание сети тропинок с твердым покрытием), обустройство видовых точек и площадок для отдыхающих, отведение и очистку ливневых сточных вод с автодорог. Для биологической очистки озера, изъятия биогенных веществ, тяжелых металлов и нефтепродуктов предлагается использовать высшую водную растительность (для высадки на перемещающихся понтонах с обязательным удалением биомассы из озера в конце вегетационного периода). В зимнее время, а также в периоды наибольшего «цветения» воды необходимо предусмотреть аэрацию придонных слоев воды при помощи стандартных аэрационных установок.

Таким образом, проведенные исследования показали, что оздоровительные мероприятия, проведенные в 1984-1990 гг. существенно улучшили экологическое состояние озер Нижний и Средний Кабан. Снизились концентрации токсичных веществ, повысилось качество воды, произошло восстановление сообществ зоопланктона, появился зообентос. Этот комплекс оздоровительных мероприятий можно рекомендовать для восстановления водоемов, загрязненных промышленными сточными водами. Однако, последующее наблюдение за этими водными объектами показало, что при сохранившейся достаточно высокой антропогенной нагрузке, однократного проведения оздоровительных мероприятий недостаточно. В замкнутые водоемы, расположенные на урбанизированных территориях в составе ливневых, поверхностных, аварийных сточных вод, поступает большое количество взвешенных веществ, нефтепродуктов, тяжелых металлов, что приводит к загрязнению воды и донных отложений, отрицательно влияет на сообщества гидробионтов. Для поддержания состояния экосистемы через 15-20 лет требуется повторное проведение оздоровительных мероприятий. Различное экологическое состояние озер Кабан г. Казани в настоящее время обусловливает дифференцированный подход к вопросам их восстановления и оптимизации.
скачать файл



Смотрите также: