Вопросы проектирования стационарных снегоплавильных пунктов

Ю. В. Воронов, д-р техн. наук, профессор кафедры «водоотведение» МГСУ

Л. Г. Дерюшев, канд. техн. наук, доцент кафедры «водоснабжение» МГСУ

Н. Л. Дерюшева, магистрант кафедры «водоотведение и водная экология» МГСУ

Сложившаяся в последнее время урбанизация России обуславливает не только увеличение числа жителей, транспортных систем, но и объем отходов, утилизация которых превышает пределы природной экосистемы. Возникают проблемы по очистке и вывозу снега за границы города. Снег, который собирается с улиц, площадей и дорог, до последнего времени сбрасывался в ближайшие водоемы без очистки, поскольку его относили не к отходам населенного пункта, как это делают в большей части стран мира [1], а к чистым природным осадкам. Снег, по мере его выпадения и временного хранения на земле, адсорбирует из воздуха и аккумулирует с дорожных покрытий нефтепродукты, тяжелые металлы, бытовые отходы, противогололедные материалы и т.д. (до 60 показателей). Сброс данной массы без очистки и обеззараживания в отвал повлечет за собой загрязнение почвы, поверхностных и подземных водных источников, а в конечном итоге и ухудшение здоровья людей, состояния флоры и фауны. В табл. 1 приведены данные о содержании загрязнений в снеге, вывозимом с дорожных покрытий Москвы [2].

Как свидетельствуют приведенные выше данные, в снеге накапливается большое количество взвешенных частиц и органических соединений. Содержание тяжелых металлов может превышать ПДК в 1,5–330 раз [3]. Грубо-дисперсные вещества: мусор, песок, фракции гравия, изделия из полимеров, дерева и металла, в снеге присутствуют не эпизодично. Объем снега, который вывозится с территории Москвы, в настоящее время достигает 35 млн м³/год. По расчетам специалистов [4], каждый сезон в реки только напрямую со снегом может сбрасываться до 50 тыс. т минеральных и биологических загрязнений, 300 т нефтепродуктов.

В Москве, в рамках мероприятий по охране окружающей среды, снег с городских покрытий собирается и направляется на стационарные и мобильные снегоплавильные пункты (ССП и МСП), где он растапливается и вместе с традиционными сточными водами направляется на очистные сооружения. В настоящее время в Москве устроено 149 мобильных и 56 стационарных снегоплавных пунктов (ССП), из которых 35 находятся в ведении ОАО «Мосводоканала», 13 – ГУП «Мосводосток», 5 – префектуры ЦАО, 1 – префектуры СВАО [5] и 1 – префектуры СЗАО. Суммарная мощность всех пунктов – 550 тыс. м³ в сутки.

Исследования по утилизации снежных масс показали [6], что средние величины плотности выпавшего снега находятся в интервале 0,2–0,25 т/м³, а снега убираемого с улиц города 0,3–0,4 т/м³. Толщина неуплотненного снега на отдельных площадях может достигать 80 см. В Москве только 2% убираемого снега утилизируют в снегоплавильных камерах и водосточных коллекторах, 53% – складируют в несанкционированных местах, 34% – вывозят на речные свалки, 11% – на сухие свалки [3]. Снежная масса, которая тает на ССП и поступает со сточными водами на очистные сооружения Москвы, мощность и надежность которых уникальны, существенно не влияет на биологические процессы очистки бытовых стоков [4]. Традиционно, очистные сооружения систем бытовой канализации не рассчитываются на прием снега и загрязнений, находящихся в нем.

Снег с дорожных покрытий города по составу загрязнений весьма специфичен. Показатели качества талого снега непостоянны и меняются в зависимости от места его сбора и декады зимнего периода. Но даже средние их значения указывают на опасность, которая связана с поступлением загрязнений от снега в водоемы. Статистические данные о качестве собираемого с дорожных покрытий снега в настоящее время не систематизированы и строго не контролируются. Меру опасности от загрязнений с дорожных покрытий пока могут оценить только специалисты [4], но поскольку талый снег разбавляется сточными водами, нередко в соотношении 1:100, то в общем объеме городских стоков загрязнения от снега существенно не влияют на показатели БПК. Со временем процент поступления талых вод на очистные со-оружения города неизбежно будет возрастать, поскольку количество ССП в Москве увеличивается с каждым годом, в этой связи будет усугубляться и проблема эффективности работы городских очистных сооружений, рассчитанных на удаление органических, а не химических соединений.

В целях защиты окружающей среды необходимо предусмотреть дополнительные мероприятия по удалению загрязнений, поступающих с ССП на очистные сооружения систем водоотведения. Мероприятия должны учитывать сложившиеся пределы территории действующих канализационных сооружений и площадей свалок по захоронению отходов. На первом этапе разработки этих мероприятий необходимо установить правила, по которым оценивались бы объемы и величина загрязнений, поступающих на ССП. В новых СП [7] (п. 6.11.1) приводятся указания по устройству ССП при канализационных сооружениях для плавления снега и льда со сбросом талой массы в самотечную канализацию, однако методы оценки объемов снега, загрязнений, расчета сооружений для приема и очистки талой массы от загрязнений в пределах допустимой концентрации не регламентируется.

До последнего времени количество усредненного осадка М из СПП определялось по методическим рекомендациям [8]:

М = С_см · W_сн · ω, т/год, (1)

где С_см– среднегодовое значение количества мусора в снежной массе, т/м³; С_см = 0,0153;
ω – влажность осадка, в долях единицы;
W_см – объем принятого снега, м³/год.

В условиях неопределенности формирования объемов завоза снега на ССП, случайности накопления загрязнений в снеге с дорожных покрытий, рекомендации [8] признавались достаточными для принятия проектных решений по назначению мощности и размеров СПП. Однако уже на первой стадии анализа статистических данных количества осадков М_i, которые вывозились с действующих ССП, была поставлена задача о создании нормативов содержания мусора в 1 м³ снега, которые служили бы базой для планирования расходов на содержание и эксплуатацию ССП. Сомнение в достоверности статистических данных о содержании мусора в снежной массе возникает при сопоставлении данных, опубликованных в источниках [8] и [9]. В частности, в расчете норматива С_см [8] указывается: С_см = 0,0153 т/м³. А в регламенте эксплуатации мобильной снегоплавильной установки [9]: «количество случайного мусора в 1000 м³ снега принимается 0,079 т или 0,000079 т/ м³».

В какой-то мере расхождения между показателями С_см в [8] и в [9] можно объяснить тем, что первый норматив отражает количество мусора, которое содержится не только в снеге, но и в сточной воде, дополнительно сорбируемое на поверхности массы, поступающей в камеру ССП. Во втором случае С_см [9] – это удельное содержание мусора только в снежной массе. На снегоплавильной мобильной установке снежная масса при таянии не соприкасается со сточными водами, а потому ее состав в конце цикла остается неизменным. Но, тем не менее, соотношение между одноименными показателями загрязнения снежной массы 1:194 подтверждает объективность требования Департамента экономической политики и развития города Москвы о разработке и утверждении норматива содержания мусора в 1 м³ снега, вывозимого с дорожных покрытий [10].

Принимая во внимание сложность доставки снежных масс с улиц Москвы на ССП, ограничения по формированию площадок временного складирования снега в пределах городской черты представляется целесообразным при составлении методики оценки объемов снега и загрязнений, поступающих на ССП принимать следующую формализацию процесса:

G_сут = k_сез · h_сн · S · ρ, (2)

где G_сут– количество снега, поступающее на ССП, т/сут.;
k_сез– максимальный коэффициент неравномерности выпадения снега в зимний период;
h_сн– высота снежного покрова, формирующегося на единице площади дорожных покрытий, м;
S – площадь дорожного покрытия, с которого вывозится снег на конкретный ССП, м²;
ρ – плотность выпавшего снега, т/м³;

G_час = k_сут · G_сут · z/t, (3)

где G_час– количество снега, поступающее на ССП, т/ч;
k_сут– максимальный суточный коэффициент неравномерности выпадения снега;
z – коэффициент уплотнения снега; z = ρ/ρ_д;
ρ_д – плотность снега с дорожных покрытий, т/м³;
t – количество партий принятых автомашин за период вывоза снега с убираемой территории в сутки;

t = n · g · ρ · z, (4)

где n – количество автомашин, которые принял ССП за час;
g – удельный объем снега, который вывозит одна автомашина, м³.

На данном этапе оценки загрязнений, поступающих с дорожных покрытий со снегом в качестве основного сооружения, которое бы осуществляло плавление снега, целесообразно принимать СПП. Применение современных конструкций мобильных снеготаялок в системах ЖКХ городов России, по мнению многих специалистов, не перспективно, поскольку они экологически опасны, потребляют много солярки, очень дорогие (1,5–15 млн руб.), не надежны, т.к. мусор, находящийся в снеге, засоряет сливные отверстия, пригорает на жаровых трубах, перекрывая при этом отвод талых вод [11].

Значения слоя снега для оценки нормативных значений h_сн планируется получить по статистическим данным гидрометеоцентра. Удельное количество загрязнений J в 1 т снежной массы определенной плотности (снега или льда) – по статистическим данным эксплуатации мобильных снегоплавильных установок, отражающих поступление загрязнений только с дорожных покрытий, без составляющих сточных вод, которые накапливаются в ССП.

Взвешенные вещества, непосредственно поступающие в сточные воды, должны нормироваться либо оцениваться методами математической статистики.

Количество талой воды от снега можно пересчитать, если воспользоваться данными [9, 12] либо результатами исследований о концентрациях загрязнений в снеге различной плотности. Допуская, что при таянии 1 м³ снега образуется 0,3 м³ сточной воды [9, 12], количество поступающей в систему водоотведения сточной воды будет равно:

Q_св = Q_тс + Q_рв, (5)

где Q_тс – количество сточной воды, образующееся за час при таянии снега; Q_тс = 0,3 · (G_час), м³/ч;
Q_рв – расход сточной воды, необходимой для таяния снежной массы G_час; Q_рв = 3,6 · 0,31 · G_час, м³/ч (3,6·0,31 – удельная скорость плавления снега т/ч·м³ при температуре сточной воды t = 19,5 °C [2]).

Размеры реактора-отстойника ССП для плавления снежной массы за 1,25 часа, задержания частиц взвеси 0,1 мм [2] принимаются: длина L = 60 м, глубина потока Н = 3 м, ширина:

В = Q_св / H · U · 3,6, (6)

где H – глубина потока, м;
U – скорость потока в отстойнике, мм/с.

Y = J · Q_тс, (7)

где Y – количество загрязнений поступающих на ССП за час, т/ч;
J – удельное количество загрязнений, которое содержится в снеге и сорбируется снегом из сточной воды, т/м³.

Загрязнение снега с дорожных покрытий по БПК_пол оцениваются по формуле:

C = δ · Q_тс, (8)

где C – количество загрязнений поступающих на ССП по БПК_пол, г/ч;
δ – удельное количество загрязнений по БПК_пол, г/м³.

Выводы

1. Снег, собираемый с дорожных покрытий города, относится к отходам, которые необходимо очищать и обеззараживать.
2. Предложена методика оценки стоков, поступающих со стационарных снегосплавных пунктов в городскую систему водоотведения, по количеству и качеству.

Литература

1. Директива Европарламента и Совета 2006/12/ЕС от 05.04.2006 об отходах.
2. Систер В.Г., Корецкий В.Е. Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период. М., 2004.
3. Борисюк Н.В. Утилизация снежной массы в городе (на примере Москвы) // Дорожная техника. М., 2004.
4. Храменков С.В., Пахомов А. Н, Богомолов М.В. и др. Система удаления снега с использованием городской канализации // Водоснабжение и санитарная техника. 2008. № 10.
5. СП 32.13330.2012. Свод правил. Канализация. Наружные сети и сооружения.
6. Расчет норматива содержания количества мусора в 1 м³ снега, завозимого на снегосплавные пункты, для расчета предельной расценки на прием снега.
7. Регламент эксплуатации мобильной снегоплавильной установки СТМ-12.
8. Борисюк Н.В. Снег, снежная масса, утилизация // Строительная техника и технологии. М., 2012.
9. Распоряжение ДЭПиР г. Москвы от 04.07.2007 № 26-Р «Об утверждении Методики расчета стоимости услуг по приему и утилизации снега снегосплавными пунктами МГУП «Мосводоканал»».
10. Пупырев Е.И. Комплексная модернизация объектов жизнеобеспечения современного мегаполиса. М., 2013.