О возможности экологической реабилитации водных объектов искусственного происхождения на примере Воронежского водохранилища


В. Т. Лухтанов, В. В. Кульнев [email protected]

ООО Научно-производственное объединение «Альгобиотехнология», Воронеж, Россия

Экологическая реабилитация представляет собой систему мер, направленных на улучшение экологического состояния водного объекта и прилегающей территории с применением современных инвайроментальных технологий. Также экологическая реабилитация водоема предполагает комплексный подход, включающий улучшение качества воды, увеличение биологического разнообразия гидробионтов, очистку и укрепление берегов, организацию водоохранных зон, снижение объема и улучшение качества поступающих сточных вод, создание ливневых коммуникаций автомобильных мостов с целью отвода дождевых вод, создание и поддержание в чистоте рекреационных зон.

Особенное значение экологическая реабилитация имеет в отношении искусственных водоемов, расположенных в пределах селитебных зон.

Ежегодно на всех континентах вступают в эксплуатацию сотни новых водохранилищ. В настоящее время нет ни одной страны, в которой не было бы водохранилищ. Сегодня на Земле эксплуатируется более шестидесяти тысяч водохранилищ – и три тысячи из них – в Российской Федерации.

Создание водохранилищ вызвано необходимостью перераспределения стока между сезонами года и годами различной водности, между днями недели и часами суток в интересах гидроэнергетики, ирригации, водоснабжения городов, развития водного транспорта; вовлечения в хозяйственное использование непродуктивных земель, путем аккумуляции на них водных ресурсов и создания в ряде случаев более продуктивной водной среды (рыбоводство и рыболовство); улучшение природных условий, прилегающих территорий, выражающееся, в частности, в смягчении климата.

Наиболее ощутимыми отрицательными последствиями создания и эксплуатации водохранилищ являются – затопление земель, абразия берегов, повышение уровня подземных вод и вызываемое им подтопление земель, изменение абиотических условий жизнедеятельности наземной и водной биоты в долине реки, вероятность наводнения, в результате прорыва плотины, уменьшение «жизненной силы» реки, создание преграды на пути нерестовой миграции лососевых и осетровых пород рыб, коренная перестройка экосистем самого водотока, изменение качества воды вследствие замедления стока, создание благоприятных условий для развития патогенной микрофлоры в застойных зонах и избыточное развитие синезеленых водорослей, приводящее к попаданию в воду цианотоксинов (микроцистин, анатоксин и др.), представляющих серьезную угрозу здоровью людей.

Воронежское водохранилище является сложным природно-техногенным объектом, и было образовано в 1972 году в пойме реки Воронеж для водоснабжения промышленных предприятий города. Вследствие мощного техногенного прессинга, оказываемого на водоем, небольшой глубины (средняя глубина водохранилища – 2,9 м.), хорошей прогреваемости водной толщи, в летний и осенний периоды водохранилище подвержено интенсивному «цветению».

В период «цветения» значительно ухудшаются органолептические характеристики воды. Снижается рекреационный потенциал. Помимо этого экологическое состояние Воронежского моря ухудшается поступлением в воду тяжелых металлов (железа, марганца), нефтепродуктов, неорганических форм азота, и других поллютантов – классических агентов техногенного загрязнения. Соединения азота обладают канцерогенными реакциями и вызывают онкологические заболевания.

Ситуация усугубляется еще и тем, что, Воронежское водохранилище является, по сути, питьевым водоемом, так как водозабор осуществляется с глубин от 20 до 40 метров от дневной поверхности. В эксплуатируемый водоносный горизонт из водохранилища происходит инфильтрация вод сквозь песчаную толщу. Известно, что все растворенные загрязняющие вещества, в том числе и цианотоксины, песком не задерживаются. Поэтому в целях обеспечения города качественной питьевой водой водоканал Воронежа расходует огромные финансовые средства.

В последние годы экологическое состояние Воронежского водохранилища ухудшается, хотя при этом, техногенная нагрузка, по сравнению с индустриальными годами советской власти (до 1985 года), уменьшается, мы это связываем с дисбалансом в альгоценозе водоема. Он выражается во все большем преобладании синезеленых водорослей по численности и биомассе во все более широком временном интервале (с мая по октябрь). Поэтому принятие решения о проведении научно-практической конференции мы считаем давно назревшей необходимостью. Широкое обсуждение способов восстановления экологического состояния Воронежского водохранилища позволило выявить пять вариантов.

В их числе:

 дноуглубление;

 увеличение проточности, вследствие намывки грунтов;

 применение сорбционного метода;

 промывка весенней водой реки Воронеж и сбросной водой Матырского водохранилища во время паводка;

 биологическая реабилитация методом коррекции альгоценоза.

Поскольку наше объединение занимается альголизацией водоемов более шести лет, то хотелось бы более подробно остановиться на последнем варианте.

Метод коррекции альгоценоза является научно обоснованным и многократно практически подтвержденным способом улучшения экологического состояния любого континентального водоема. В основе данного метода лежит постулат о том, что между синезелеными и зелеными водорослями в фитопланктонном сообществе складываются антагонистические отношения. Хлорелла борется с «цветением» воды посредством прямой конкуренции, а не только аллелопатии, как предполагалось ранее. Помимо существенного снижения степени «цветения» водоема, хлорелла насыщает воду кислородом (до 14 мг/дм 3) и обеспечивает улучшение качества воды по содержанию загрязняющих веществ. В их числе – тяжелые металлы (железо, медь, марганец, свинец, цинк…), фенолы, нефтепродукты, неорганические формы азота и полифосфаты. Вследствие этого, происходит снижение значений таких важных показателей качества воды как химическое и биохимическое потребление кислорода. Также в результате альголизации улучшаются органолептические показатели, и восстанавливается рекреационный потенциал водоема. Вместе с тем, ежегодная альголизация создаст предпосылки для организации на водохранилище весьма продуктивного рыбхоза. Ведь хлорелла является лучшим кормом для зоопланктона, увеличение численности которого приведет к увеличению рыбного стада. То есть альголизация приводит к возрождению экологической системы водохранилища.

Практика показала, что вегетативные формы и споры синезеленых водорослей уменьшаются в своем количестве, за каждый год проведения биологической реабилитации методом коррекции альгоценоза примерно вполовину. Необходимо отметить, что отсутствие "цветения" водоёма после проведенной альголизации не является признаком полного освобождения водоёма от синезеленых водорослей. Через четыре года непрерывной альголизации их остается порядка 6% от начального количества, что не даст стать синезеленым водорослям доминирующими в альгоценозе в летний период. Это и определяет четырехлетний цикл проведения основных работ.

В последующие четыре года проводится альголизация водоёма однократно в год и только в зимний период для наращивания биомассы хлореллы планктонных штаммов, которая была снижена за счет выедания зоопланктоном и личинками рыб. При этом "цветения" воды синезелеными водорослями не будет.

Следующие четыре года водоём не альголизируется, но за ним ведется наблюдение и проводится ежегодная регистрация отсутствия "цветения" воды синезелеными водорослями.

По такой схеме была проведена биологическая реабилитация Пензенского водохранилища хозяйственно-питьевого назначения, которое не "цветет" с 2001 г. по настоящее время (август 2013 г.).

Применение только дноуглубительных работ, по нашему мнению, недопустимо вследствие сравнительной дороговизны и, с экологической точки зрения, поскольку, все загрязняющие вещества, содержащиеся в донных отложениях, окажутся в воде. То есть в первые годы мы получим мертвый водоем. В связи с этим параллельное применение альголизации позволит снизить концентрацию поллютантов и существенно улучшить качество воды.

Намывка грунтов имеет ряд положительных черт – увеличение проточности, создание свободных площадей под строительство. Но вместе с тем имеет и ряд важных отрицательных сторон. Во-первых, аутогенные грунты, содержащие карбонатные частицы, будут приводить к увеличению содержания солей кальция и магния, которое обусловит увеличение жесткости воды. Во-вторых, повышение жесткости увеличит коррозионную активность воды и усилит образование накипей в отопительных системах и бытовых приборах.

Применение сорбционного метода путем введения органических и неорганических ионитов. Иониты - твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы на ионы из окружающего их раствора. Органические иониты представляют собой синтетические ионообменные смолы, а неорганические – минералы группы цеолитов. Их применение позволяет уменьшать жесткость воды, содержание тяжелых металлов (медь, свинец, цинк, кадмий, кобальт), удалять аммонийный азот. Но в отличие от хлореллы применение ионитов ограничено следующими факторами. Синтетические органические смолы – вещества не свойственные для природной среды, и, соответственно, встанет вопрос об их изъятии из водоема и утилизации. Цеолиты будут работать, только если минерализация воды будет выше 80 мг/дм 3 , при меньшем содержании солей или при рН среды менее 6 происходит растворение алюмосиликатного каркаса цеолита.

Промывка весенней водой реки Воронеж и сбросной водой Матырского водохранилища во время паводка не имеет смысла, поскольку интенсивное «цветение» водохранилища происходит в июле – августе.

Биологическая реабилитация методом коррекции альгоценоза, является составной частью экологической реабилитации, а последняя включена в федеральную целевую программу «Развитие водохозяйственного комплекса в 2012 – 2020 гг.».

Таким образом, применение биологической реабилитации Воронежского водохранилища методом коррекции альгоценоза в купе с другими технологиями позволит улучшить экологическое состояние Воронежского водохранилища и прилегающей селитебной зоны, что самым положительным образом скажется на жизни и деятельности населения.

Представляют собой совокупность мер и мероприятий, которые направлены на снижение и устранение негативного воздействия человеческой жизнедеятельности на окружающую природу. Основными направлениями данных комплексов является защита атмосферного воздуха, очистка и нейтрализация сточных водных ресурсов, меры по охране почвенных покровов, а также защита лесных массивов.

Все мероприятия по охране окружающей среды можно разделить на несколько категорий:

1. Экономические.

2. Естественнонаучные.

3. Административно-правовые.

4. Технико-производственные.

В зависимости от области воздействия, мероприятия по охране окружающей среды можно классифицировать как региональные, общегосударственные и международные. Подобные комплексы позволяют различным организациям осуществлять мониторинг природы, принимать надлежащие решения и эффективно воплощать их. Результатом данных мер становится сокращение опасности исчезновения жизни на Земле, правовое регулирование целесообразного и эффективного использования различных природных ресурсов, защита редких представителей флоры и фауны.

Перечень мероприятий по охране окружающей среды, направленных на защиту атмосферного воздуха:

1. Использование топлива, материалов и сырья, позволяющих сократить выброс вредных веществ, разработка методов применения экологически чистых возобновляемых источников энергии.

2. Приобретение нового оборудования, отвечающего заданным стандартам. Внедрение технологий по более эффективной переработке и использованию добытых материалов, веществ и топливных ресурсов.

3. Внедрение установок для рециркуляции отработанных и дымовых газов как промышленного, так и индивидуального характера.

4. Разработка систем очистки и нейтрализации а также систем по измерению и контролю содержания вредных веществ в них.

5. Улучшение условий для рассеивания выбросов, удаление неорганизованных и сокращение организованных источников выбросов.

Мероприятия по охране окружающей среды, направленные на защиту водных ресурсов планеты:

1. Строительство новых и модернизация старых комплексов по сбору, очистке, транспортировке и выпуску сточных вод.

2. Разработка скважин водоснабжения.

3. Создание и поддержание требуемого режима по содержанию а также обеспечение надлежащих санитарных норм в местах водозаборов.

4. Устранение загрязнений подземных и поверхностных вод сточными водами и продуктами жизнедеятельности животных и человека.

5. Очистка, нейтрализация сточных вод.

Мероприятия по охране окружающей среды, которые направлены на предотвращение и снижение вредного воздействия отходов:

1. Разработка и внедрение инновационных технологий, цель которых - обезвреживание продуктов жизнедеятельности.

2. Строительство и модернизация объектов, предназначенных для хранения и нейтрализации отходов, а также выбор специальных зон для их захоронения.

3. Широкое распространение емкостей и контейнеров для сбора специализированных типов отходов и продуктов жизнедеятельности.

Данный комплекс работ проводится согласно требованиям в соответствии с Целевой долгосрочной программой по восстановлению малых рек и водоемов города Москвы на период до 2010 года (постановления Правительства Москвы № 450-ПП от 17.06.03 г., № 666-ПП от 28.09.04, № 219-ПП от 28.03.06 г.) . В городских водоемах за счет постоянного техногенного воздействия образуется мощный загрязненный иловый осадок, состояние которого не отвечает требованиям Роспотребнадзора и является вторичным источником загрязнения.

Проводимые мероприятия по реабилитации и благоустройству прудов, рек, ручьев приводят водные объекты в состояние экологического равновесия, что положительно отражается на флоре и фауне водоемов и прибрежных территорий.

Экологическая реабилитация водоемов включает в себя:

    осуществление проектно-изыскательских работ

    очистка ложа водоема от загрязненных отложений;

    проект гидроизоляции прудов, дноукрепление;

    аккумуляция и очистка дренажных и ливневых вод, подпитывающих водоёмы

    рекультивация водосборных территорий;

    проект берегоукрепления, противооползневые и противоэрозионные мероприятия

    заселение водоемов гидробионтами, высадка водной растительности;

    экологическую реабилитацию и благоустройство пойменных территорий;

    благоустройство, озеленение, ландшафтный дизайн прибрежных и рекреационных зон.

Проект экологической реабилитации включает в себя:

  • описание объекта: полевые обследований прилегающих территорий, картографирование, составление отчета;
  • лабораторные исследования:отбор и анализ проб;
  • рекомендации по техническому и биологическому этапам реабилитации водоемов;

Экологическая реабилитация состоит из нескольких этапов:

1.Этап подготовительных работ;

Проводится изучение гидрогеологических характеристик водоема, его морфологических параметров (глубины, рельефа дна), отбор проб воды и иловых отложений для лабораторного анализа на предмет химического загрязнения.

2.Этап технической реабилитации водоема;

В зависимости от размеров водоема, наличия гидротехнических сооружений, гидрогеологических характеристик местности и ряда других обстоятельств, определяется необходимость в механической очистке ложа водоема от иловых отложений.

3. Этап биологической реабилитации;

Природный водоем представляет собой сбалансированную экосистему, в которой действуют механизмы самоочищения.

Заселение воды живыми организмами-гидробионтами выполняется по результатам биотестирования водоема. Подбирается для заселения видовое сообщество таких микроорганизмов, беспозвоночных, моллюсков, которое позволяет восстановить гидроэкосистему водоема.

4. Создание (восстановление) береговой экосистемы;

Правильно расположенные и сформированные зоны береговой во многом определяют в дальнейшем качественный состав воды. Помогают сформировать природный ландшафт обеспечить кормовой базой биоту водоема. Восстановление в береговой зоне определенного вида зеленых насаждений и различных живых организмов благоприятно сказываются на экосистеме водоемов.

5. комплексное благоустройство прилегающей территории;

От окружающей территории во многом зависит и качественный состав воды в пруде. При экологической реабилитации необходимыми условием является правильная планировка территории, обеспечивающая удобные подходы к воде, смотровые площадки, распределение рекреационной нагрузки. Исключение попадание сточных вод в акваторию.

В основу проектирования так же заложен системный социально-экологический подход, учитывающий, что водные объекты это сложные механизмы, функционирующие по законам природы, но расположенные в условиях города, для которых характерны постоянные негативные экологические процессы.

Обязательными условиями при экологической реабилитации водоемов являются - инженерно-экологические , инженерно-геологические изыскания.

Для разработки проекта Исполнителю необходимо получить от Заказчика следующие