CC BY
150
ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД БОЛЬШИХ ГОРОДОВ И МЕГАПОЛИСОВ (НА ПРИМЕРЕ г. МОСКВЫ)
Паненков Е.Е.
(МГСУ)
Москва - крупнейший мегаполис России, на территории которого сосредоточено большое количество промышленных предприятий. Несмотря на то, что Правительство Москвы постоянно ведет работу по выводу промышленных предприятий на черту города, загрязнение подземных вод Московского региона от их деятельности до сих пор довольно значимо. Кроме загрязнений от деятельности промышленных предприятий важнейшую роль играют разнообразные загрязнения, связанные с жизнеобеспечением и жизнедеятельностью человека. С каждым годом население Москвы только увеличивается, тем самым постоянно возрастает роль фактора антропогенного воздействия человека на среду обитания.
Причин загрязнения подземных вод в современном мегаполисе существует великое множество, но мы все же постараемся выделить основные и наиболее значимые из них, те которые кардинально влияют на состояние подземных вод в г. Москве.
Гидрогеологическая обстановка в городе сложилась под длительным воздействием весьма интенсивного водозабора из артезианских водоносных горизонтов для нужд населения и промышленности Москвы и Московской области с одной стороны, что привело к образованию депрессионной воронки диаметром 90 - 100 километров и глубиной 120 - 130 метров, и подтоплением грунтовыми водами (утечки из подземных водоводов, подпором от гидротехнических сооружений) с другой стороны. Разница в напорах артезианских и грунтовых вод влечет за собой миграцию загрязненных речных и грунтовых вод в нижние слои артезианских горизонтов подземных вод этой воронки.
Главным образом загрязнение подземных вод связано со следующими факторами:
- все возрастающее количество протечек из канализации, загрязненных жидких коммунальных отходов,
- неочищенные промышленные стоки предприятий и утечки нефтепродуктов,
- просачивание грунтовых вод, загрязненных атмосферными осадками,
- тепловые загрязнения при подземной транспортировке горячей воды от ТЭЦ к потребителю,
- загрязнения атмосферы и, соответственно, атмосферных осадков автомобильным транспортом, промышленностью и др.
На территории РФ общая протяженность подземных водонесущих трубопроводов составляет более 1 миллиона км, из которых 590 тыс. км приходится на водопровод, 190 тыс. км- на канализацию и 400 тыс.км- на тепловые сети, при этом в Москве протяженность тепловых сетей сейчас уже превышает 2 500 км., а канализационных - 6 800 км. . Износ трубопроводов по всей территории нашей страны, в том числе и в крупных городах, в настоящее время составляет более 60 %, а 85 000 км находятся в аварийном состоянии и требуют немедленной замены, что является весьма опасным фактором, отрицательно влияющим на экологию подземных вод.
Сегодня, общий объем канализационных стоков в Москве составляет более 5 млн. куб. метров в сутки, из которых на утечки в сетях приходится, по разным районам города, от 25% до 40%, что в абсолютном исчислении составляет 1 250 000 - 2 000 000 куб. метров Утечки из фекальных и хозяйственно-бытовых стоков из дефектной канализационной сети неизбежно приводят к опасному загрязнению подземных, в том числе и болезнетворными бактериями, и микробами. Например на северной окраине г.Люберцы, было зафиксировано бактериальное заражение подземных вод подольско-мячковского горизонта. Время выживания опасных болезнетворных микробов в подземных водах может достигать 400 суток. Биологическое загрязнение подземных вод может интенсифицироваться тепловым загрязнением.
4/2007
ВЕСТНИК
Ежегодно в России потребляется более 85 кубических километров пресной воды. В этой связи следует отметить, что по оценкам экспертов, ежегодные потери в системах напорных трубопроводов составляют 3,4 - 3,6 млрд. куб.м.
В Москву ежесуточно по водопроводным системам Москодоканала поступает около 6.5 млн. куб.м воды, при этом потери в водонесущих трубопроводах составляют более 440 тыс куб.м воды в сутки. Соответственно при площади города около 1091 кв.км слой потерь составит 0.5 мм/сут или почти 180 мм/год. По результатам геофильтрационного моделирования, проведенного ФГУП "Геоцентр - Москва", установлено, что средняя величина инфильтрационного питания грунтового водоносного горизонта по селитебным районам г. Москвы составляет 200-220 мм/год, по промышленным зонам- 250-280 мм/год. Минимальными значениями инфильтрационного питания характеризуются, как правило, районы новой застройки, максимальными - промзоны, где величина инфильтра-ционного питания достигает 300-400 мм/год. В целом по территории г. Москвы средняя величина инфильтрационного питания грунтового водоносного горизонта составляет 220-230 мм/год. Это в 2-3 раза выше, чем в районах Московской области с сохранившимися естественными условиями. Лишь 30-40% инфильтрационного питания формируется за счет атмосферных осадков. Остальная часть инфильтрационного питания связана с функционированием городского хозяйства.
Не только промышленные стоки более 2 800 предприятий города Москвы негативно влияют на химический состав подземных вод. Так, например, многие промышленные и сельскохозяйственные предприятия Московской области все равно, так или иначе, вносят свою лепту в общую картину загрязнений.
Наиболее интенсивное загрязнение подземных вод каменноугольных отложений отмечено в центральной части Московского региона, где оно связано с промышленным загрязнением ряда подмосковных городов. В г.г. Видное, Красногорск, Ногинск, Балашиха, Электросталь и других подземные воды подольско-мячковского и окско-серпуховского горизонтов имеют повышенные содержания стронция (до 20 мг/л), железа (до 15 мг/л), фтора (до 2,5 мг/л), обусловленные высокими фоновыми концентрациями этих элементов в водо-вмещающих породах, высокие значения хлора (0,5 г/л), сульфат-иона (2,0 г/л) и хрома (1,0 мг/л), а также повышенные содержания свинца, молибдена и марганца. В пределах г.Вос-кресенска подземные воды мячковско-подольского горизонта отличаются повышенной минерализацией (до 2,0 г/л), высокими концентрациями сульфатов (до 0,8 г/л), повышенными значениями фосфора (до 5,0 мг/л), заметными содержаниями марганца, молибдена. Линейными участками загрязнения являются реки и поверхностные водотоки Московской области, где суточный объем сточных вод достигает больших размеров и становится соизмерим с речным стоком. Наиболее ярким примером подобного вида загрязнения может служить р.Клязьма, в бассейне которой сконцентрированы крупные промышленные города - Ногинск, Щелково, Электросталь, Павловский Посад. Объем сточных вод на этом участке составляет 6,26 куб.м/с при собственном расходе р.Клязьмы 28,8 куб.м/с. Однако самое худшее положение наблюдается в бассейне р.Москвы, где объем сточных вод еще выше и составляет 19.0 куб.м/с при среднемноголетнем минимальном речном стоке 39,0 куб.м/с.
К сожалению, в современной Москве отмечается интенсивный сброс городскими промышленными предприятиями своих сточных вод в канализацию и/или непосредственно в реки практически без какой-либо очистки. Так, по информации Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, в черте города содержание загрязняющих веществ в малых реках по большинству показателей увеличено в 23 раза в результате поступления в них загрязненных поверхностных и частично производственных сточных вод. Доля очищенных сточных вод в общем объеме стоков составляет в среднем 15-20%. Общий объем поступления сточных вод в водные объекты г.Москвы от предприятий- спецводопользователей, осуществляющих сбросы сточных вод непосредственно в водные объекты, составляет 2 773,9 млн. куб. м в год:
- через сети МГП «Мосводоканал» сбрасывается 75% сточных вод,
- от абонентов ГУП «Мосводосток»- 6%,
- от предприятий-пользователей- 19%.
'дЬ
Поверхностный сток с территории города формируется за счет талых снеговых и дождевых вод, а также поливомоечных вод. По районам г. Москвы величина модуля стока изменяется в пределах 5,64 л/с кв.км (Железнодорожный район) -15,0 л/с кв.км (Свердловский район). Средний для города Москвы модуль стока составляет до 9 л/с кв.км. В общем, наблюдается увеличение модуля стока от окраин города к центру. Поверхностный сток с территории города не очищается от загрязнений и прямо попадает в водные объекты, неся с собой большое количество органических, взвешенных веществ, нефтепродуктов.
Так, например, с 2003 года в реке Клязьме с каждым годом фиксируется все больше случаев загрязнений уровня более 10 ПДК. Только в 2005 году таких случаев было более 40. А отдельные притоки р.Клязьмы по своему составу вообще приближаются к сточным. При этом количество отходов, слитых предприятиями в эту реку, за 12 месяцев превысило 260 млн. куб.м.
В целом по г. Москве в течение года с поверхностным стоком поступает 3840 тонн нефтепродуктов, 452080 тонн взвешенных веществ, 173280 тонн хлоридов, 18460 тонн органических веществ (по БПК). В результате с поверхностным стоком в водные объекты города попадает нефтепродуктов в 1,8 раз, а взвешенных веществ почти в 24 раза больше, чем со сточными водами предприятий. Большая часть загрязнений: нефтепродуктов - 63%, взвешенных веществ - 75%, органических веществ - 64%, хлоридов - 95%, поступает в р.Москву с поверхностным стоком в зимне-весенний период.
Геохимическое изучение поверхностных вод р. Москвы показало, что по составу и количеству содержащихся в них микроэлементов, органических соединений (нефтепродукты, бензапирен, пестициды) воды приближаются к плохо очищенным промышленным стокам. Поверхностные воды содержат повсеместно железо и марганец в концентрациях, превышающих ПДК, а также кадмий и бериллий. Наиболее загрязненными участками являются: район Нагатино, Люблино, в меньшей степени Щукино, пляж в Рублево имеет минимальную загрязненность поверхностных вод и донных отложений. Анализ распределения микроэлементов в р. Москве показал:
1. Кадмий, бериллий, цинк, никель, медь, свинец - поступают в р. Москву со сточными водами предприятий текстильной, химической и металлообрабатывающей промышленности. Повышенное содержание стронция, марганца наряду с полифосфатами, свидетельствует о значительной доле в поверхностном стоке сельскохозяйственных почв, что подтверждается присутствием в поверхностных водах довольно высоких, даже превышающих ПДК, концентраций пестицидов.
2. Повышенные концентрации полифосфатов, фтора, марганца и железа являются характерной особенностью р. Москвы на всем ее протяжении - эти элементы могут быть обусловлены и природными условиями, наряду с техногенными.
Поверхностные воды в зоне питьевого водопользования загрязнены за счет сточных вод промышленности, сельского и коммунального хозяйства Московского региона. При залповых сбросах сточных вод содержание в воде аммонийного и нитритного азота превышает ПДК в 10-50 раз. Значительно загрязнены воды Москвы-реки и ее притоков, а также городских водоемов фенолами, нефтепродуктами, металлами, органикой.
Объем сточных вод, в том числе и ливневых вод, в 2001 году, например, составил 2741,8 млн. куб.м. Количество загрязняющих веществ, сбрасываемых ежегодно в водоемы и их концентрация весьма значительны. Так в сточных водах сброшенных в водоемы Москвы в 2001 году были обнаружены: нефтепродукты- 0,47 тыс.т/год, взвешенные вещества- 31,84 тыс.т/год, сульфаты- 72,83 тыс.т/год, хлориды-104,92 тыс.т/год, азот амо-нийный-13,1 тыс.т/год, нитраты- 68,4 тыс.т/год, нитриты- 2,10 тыс.т/год, хром-0,00065 тыс.т/год, медь- 0,0079 тыс.т/год, никель- 0,0094 тыс.т/год, цинк-0,0038 тыс.т/год, фено-лы-0,00021 тыс.т/год, алюминий-0,128 тыс.т/год, свинец- 0,00128 тыс.т/год и др.
Промышленные стоки способствуют значительному повышению кислотности грунтовых вод, а также сильному изменению их химического состава и, соответственно повышению агрессивности к известнякам, железобетону, а также к чугуну и стали, из которых изготавливают трубопроводы подземных водонесущих систем. Ниже приведена
4/2007 МГгУТНИК
таблица с данными ПДК некоторых вредных веществ в воде (мг/л) и их содержание в подземных водах Москворецкого бассейна г. Москвы:
Источником промышленного загрязнения подземных вод являются также и атмосферные осадки, насыщенные газодымовыми выбросами и продуктами испарения с поверхности полей фильтрации и накопителей сточных вод и отходов. Главными веществами, загрязняющими атмосферный воздух, являются взвешенные вещества (пыль), оксид углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, углеводороды, фенолы, различные ядохимикаты и тяжелые металлы. Выбросы больших количеств сернистого ангидрида, оксидов углерода и азота обусловливают образование кислотных дождей с рН<5. Такие осадки могут существенно изменить химический состав подземных вод за счет нарушения равновесия в системе вода - порода. Концентрация в атмосферных осадках промышленных районов разных химических веществ, а также оксидов тяжелых металлов, может в десятки и сотни раз превышать их фоновые значения. Попадая в почву, большинство из них сорбируется в зоне аэрации и вначале не фиксируется в значительных количествах в подземных водах. Однако сорбционная емкость пород не безгранична, и в условиях ее наполнения или изменения БЬ - рН условий в зоне аэрации может произойти повсеместное загрязнение грунтовых вод с последующим перетеканием загрязняющих веществ в более глубокие горизонты.
Вещество ПДК Класс опасности Содержание в подземных водах в 2005 г. (мг/л)
Барий 0,1 III 0,15
Бензапирен 5E-06 I 0,000006
Бензол 0,5 II 0,75
Бериллий 0,0002 I 0,0004
Винилхлорид 0,05 II 0,065
Диоксин - I 0,0000005
Дифенил 0,001 II 0,0005
Дихлорбромметан 0,03 II 0,03
Кадмий 0,001 II 0,004
Марганец 0,1 III 0,14
Медь 1 III 1
Нефть многосернистая 0,1 IV 0
Нефть прочая 0,3 IV 0
Нитраты 10 III 50-120
Нитриты 3,3 II 4,1
Свинец 0,03 II 0,05
Тетраэтилсвинец Отсут. I -
Фенол 0,001 IV 0,0065
Формальдегид 0,05 II 0,07
Цинк 1 III 1,12
Достаточно крупным источником загрязнения подземных вод в настоящее время является автомобильный транспорт. Влияние других транспортных магистралей в основном сказывается при возникновении аварийных ситуаций на железной дороге и нефте- и газопроводах. В настоящее время в столице насчитывается более 4 млн. единиц автомо-тотранспортных средств и ежедневно в Москву дополнительно прибывает еще до 2 млн. единиц автотранспорта. Автомобильное сообщение обеспечивают 13 основных магистралей, связанных МКАД протяженностью свыше 100 км, расположенной в 17-23 км от центра города. Система городского общественного транспорта включает в себя 1,7 тыс. км. трамвайных и троллейбусных, 6 тыс. км автобусных маршрутов, 9 линий метрополитена общей протяженностью 243,6 км. Ежедневно услугами всех видов городского транспорта пользуются около 7 млн. пассажиров.
На крупных автомагистралях применяются противогололедные смеси, содержащие каменную соль, за зиму вносят десятки (до 60-80) килограмм соли на погонный метр. Да- 119
же в сельской местности обычные деревенские колодцы, отстоящие на сотни метров от дорог, имеют повышенную, за счет хлоридов, минерализацию воды. Типичными для автотранспорта являются такие загрязняющие вещества, как хлориды, нитраты, нефтепродукты, включая ароматические углеводороды (в частности, бензапирен, свинец, кадмий и другие тяжелые металлы.
Еще одним источником загрязнения являются необорудованные хранилища твердых отходов. Здесь может иметь место ветровой разнос загрязняющих веществ с дальнейшим их проникновением вместе с атмосферными осадками в грунтовые воды, а также непосредственное выщелачивание на месте, в результате чего под хранилищами твердых отходов часто образуются значительные ореолы некондиционных подземных вод
Также особо стоит отметить и тепловое загрязнение подземных вод у условиях крупной городской застройки. По данным отчетов ЖКХ в крупных городах, в том числе и в Москве, наблюдаются также и значительные потери тепла при транспортировке его от ТЭЦ к конечному потребителю. Эти потери составляют порядка 20% от общего объема, что составляет потерю примерно 80 млн.т условного топлива в год. Такие огромные теп-лопотери в городских трубопроводах, впоследствии ведут к значительному повышению температуры подземных вод.
Как известно, скорость химических реакций увеличивается при повышении температуры. Для приближенной оценки влияния температуры на скорость протекания химической реакции, можно пользоваться правилом Вант-Гоффа, из которого следует, что при повышении температуры на 10 град.С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Этот аспект особенно важен в свете рассмотрения вопроса взаимодействия химически загрязненной подземной воды с горными породами, подверженными карстовому воздействию.
Состояние подземных вод в мегаполисах имеет очень важное значение для нормальной жизнедеятельности, а также дальнейшего развития этих городов. В связи с тем, что, подземные воды в процессе жизнедеятельности человека постоянно загрязняются, необходимо предпринимать соответствующие меры по осуществлению постоянного контроля за их химическим и бактериологическим составом. Выявление новых очагов загрязнений, а также борьба с ранее образованными очагами - это первостепенная роль такого мониторинга. Основная ее задача заключается в оценке особенностей режима подземных вод в условиях активной антропогенной деятельности. Создание постоянно действующей в г.Москве системы мониторинга подземных вод позволит повысить гидрогеологическую изученность территории города, что будет полезно для всех пользователей. Главное, что эти наблюдения будут гарантировать надежность экогидрогеологических прогнозов для обоснования проектов строительства и реконструкции на территории Москвы.
Вторым важным аспектом необходимости изучения загрязненности подземной городской гидросферы заключается в том, что при наличии в зонах распространения растворимых горных пород, таких как например, карбоновые известняки в Москве, в них и при обычной фильтрации подземных вод возникают карстово-суффозионные процессы, то при наличии в фильтрующейся воде ряда химических соединений, таких растворенная углекислота, ряд нефтеуг-леводородов, элементы распада противогололедных реагентов и других загрязнителей существенно ускоряют процесс химической суффозии и способствуют карстообразованию
Литература:
1. Химия окружающей среды для технических вузов. Учебное пособие., Хентов В.Я. Р/н/Д, Феникс, 2005
2. Влияние изменений гидрогеологических условий на окружающую среду., Ковалевский В.С.. М., 1994
3. К вопросу об оценке качества пресных подземных вод., Воронов А.Н., Шварц А.А. //Вестн. СПб. ун-та. Сер.7. 1994. Вып. 4
4. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды., Гольдберг В.М. Л., 1987
5. Экология транспорта. Павлова Е.И., М., Транспорт, 2000
6. Разработка концепции, структуры и содержания постоянно действующего экологического мониторинга подземных вод территории Москвы., С.М.Семенов, М., «Сергеевские чтения», Вып.8, 2006
