Экология регулирования гидравлических и биологических факторов малых естественных и искусственных водотоков юга России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.11, кандидат технических наук Турянская, Наталья Ивановна

• Турянская, Наталья Ивановна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Турянская, Наталья Ивановна

ОГЛАВЛЕНИЕ

С

ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ

1.1 Основные факторы, влияющие на интенсивность процессов улучшения качества воды

1.2 Особенности процессов деструкции загрязнений в естественных и искусственных водотоках

1.3 Техника и технологии интенсификации процессов доочистки сточных вод в биологических прудах с естественной аэрацией

1.4 Цель и задачи исследований

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ВОД ИСКУССТВЕННЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ

2.1 Условия формирования иммобилизованного биоценоза в биологических прудах

2.2 Особенности кислородного режима в биопрудах со сложным биоценозом

2.3 Возможности регулирования гидравлических параметров работы биологических прудов с естественной аэрацией

3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЗАРОСШИХ РУСЕЛ

3.1 Особенности гидравлического моделирования заросших русел

3.2 Описание лабораторных установок, оборудования и методики проведения опытов

3.3 Методы статистической обработки результатов лабораторных исследований

3.4 Исследование влияния характера расположения растительных элементов на коэффициенты шероховатости и гидравлического трения

3.5 Нахождение зависимостей для оценки гидравлических сопротивлений заросшего русла

4 НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

4.1 Объекты исследований

4.2 Методика проведения натурных исследований

4.3 Исследование биоценоза проточного биологического пруда с естественной аэрацией

4.3.1 Состав биоценоза

4.3.2 Иммобилизованный биоценоз

4.4 Статистический анализ натурных данных о зарастаемости водотоков Ростовской области

4.4.1 Оценка статистических характеристик для полупогружённой растительности

4.4.2 Оценка статистических характеристик для погружённой водной растительности

4.5 Оценка гидравлических характеристик заросших малых водотоков

4.5.1 Исследование скоростной структуры потока в заросших естественных и искусственных руслах

4.5.2 Оценка коэффициентов шероховатости и гидравлических сопротивлений заросших малых водотоков

4.6 Исследование коэффициента объёмного использования проточного биологического пруда

4.7 Исследование кислородного режима водных объектов

блюдений № 1-16

4.7.2 Оценка изменения содержания растворённого кислорода в биологическом пруде очистных сооружений канализации НЗСП

5 РЕКОМЕНДАЦИИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРУДОВ С ЕСТЕСТВЕННОЙ АЭРАЦИЕЙ

5.1 Дополнения и изменения методики расчёта биологических прудов с естественной аэрацией

5.2 Предложения по реконструкции биологических прудов на примере Кадамовских очистных сооружений канализации завода НЗСП г. Новочеркасска

5.3 Предложения по реконструкции биологических прудов очистных сооружений канализации г. Усть-Лабинска

6 ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРУДАХ

6.1 Оценка эколого-экономической эффективности реконструкции биологического пруда очистных сооружений завода НЗСП

6.2 Оценка эколого-экономической эффективности реконструкции биологических прудов очистных сооружений канализации

г. Усть-Лабинска

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экология регулирования гидравлических и биологических факторов малых естественных и искусственных водотоков юга России»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В последние десятилетия естественные малые водотоки подвергаются повышенному антропогенному воздействию, которое особенно сильно сказывается на экологическом состоянии малых рек степной зоны юга России. Для естественных водотоков, протекающих в данной зоне, характерно неудовлетворительное гидрологическое состояние, обусловленное снижением водности из-за высокой распаханности водосборов (70-90 %) и неупорядоченности в регулировании стока [86]. Ветровая и водная эрозия почв, свойственная для степной зоны, вызывает заиление русел малых рек. Кроме того, малые реки в основном являются первичными приёмниками антропогенных загрязнений, что также отрицательно сказывается на их экологическом состоянии. По данным H.H. Михеева и C.B. Яковлева [169], а также других авторов 85-90 % загрязнений поверхностных водотоков и водоёмов формируется за счёт диффузионного стока, т.е. за счёт смывания с территории водосбора загрязняющих веществ дождевыми и талыми водами.

Снизить антропогенное воздействие на водотоки можно за счёт доочи-стки сбросных сточных вод в биологических сооружениях, таких, как биологические пруды с естественной аэрацией. Однако наряду с положительными сторонами (простота в обслуживании, экономическая эффективность и т.д.), этим сооружениям присущи и серьёзные недостатки, такие, как низкая эффективность очистки, неудовлетворительная гидравлическая структура потока, неуправляемость протекающими в них процессами, возможность вторичного загрязнения и т.д. В связи с этим, одной из важных задач является анализ и изучение причин низкой эффективности работы данных сооружений, а также поиск способов интенсификации их режимов путём управления протекающими в них процессами доочистки сточных вод.

Актуальной задачей в условиях антропогенного воздействия на водные объекты является управление процессами улучшения качества воды в водотоках путем регулирования их зарастания с тем, чтобы, с одной стороны, дости-

галась степень очистки, а с другой - обеспечивалась пропускная способность и скорости течения, необходимые для поддержания жизнеспособности водных экосистем.

Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы «Совершенствование процессов очистки природных и сточных вод южного региона с учётом экологических требований» (№ гос. регистрации 01.9.40001739) и в рамках государственной программы «Архитектура и строительство».

Цель работы: теоретически и экспериментально обосновать способы повышения самоочищающей способности и экологической безопасности естественных и искусственных водотоков путём направленного регулирования их гидравлических и биологических параметров.

Для обеспечения направленного регулирования гидравлических и биологических характеристик естественных и искусственных водотоков необходимо было решить следующие основные задачи:

- теоретическое обоснование оптимальной структуры биоценоза в биологических прудах с естественной аэрацией с использованием полупогружённой высшей водной растительности в качестве естественных носителей иммобилизованных микроорганизмов;

- оптимизация схем расположения водной растительности по площади биопрудов;

- получение расчётных зависимостей для оценки влияния водных растений на гидравлические характеристики водотоков и проточных биопрудов;

- изучение гидравлического режима работы биопруда и разработка рекомендаций по его улучшению;

- исследование закономерностей изменения кислородного режима по глубине, площади поперечного сечения и длине биопруда с учетом процессов реаэра-ции и фотосинтеза водных растений;

- исследование видового состава биоценоза в биологических прудах;

- разработка рекомендаций по регулированию процессов доочистки вод в биологических прудах с естественной аэрацией за счёт увеличения площади поверхности контактных носителей (подводной части полупогруженных растений).

Научная новизна заключается в следующем:

- теоретически обоснована возможность использования жестких стеблей полупогружённой растительности в качестве естественных контактных носителей для биомассы прикреплённых микроорганизмов, активно участвующих в улучшении качества воды;

- предложена наиболее рациональная схема расположения естественных контактных носителей в проточных биологических прудах, состоящая в создании насаждений полупогружённых растений с жёсткими стеблями на затопленных дамбах, расположенных перпендикулярно направлению движения потока, и чередующихся с зонами, занятыми полупогружённой растительностью с плавающими корнями;

- получены зависимости для оценки гидравлических сопротивлений русел, заросших полупогружённой растительностью с жёсткими стеблями и погружёнными водными растениями;

- построены экспериментальные кривые, отражающие связь между коэффициентом гидравлического трения заросшего русла и числом Рейнольдса при разных значениях плотности полупогружённых растений;

- установлена взаимосвязь между скоростной структурой потока, формирующейся под влиянием водной растительности, и распределением содержания кислорода по площади поперечного сечения проточного биологического пруда;

- разработана методика гидравлического расчёта биологических прудов с учётом степени их зарастания различными видами водных растений.

Практическая значимость результатов работы:

- предложена новая конструкция биопруда с естественной аэрацией с чередующимися поперечными затопленными дамбами, засаженными тростником, и сетчатыми контейнерами с плавающими водными растениями (эйхорнией), которая позволяет увеличить коэффициент использования объёма пруда с 0,67 до 0,80;

-составлены и приняты в проектную и эксплуатационную практику рекомендации по регулированию процессов самоочищения в естественных и доочист-ки в искусственных водотоках;

- показана эколого-экономическая эффективность предложенных технических решений по регулированию процессов самоочищения по сравнению с существующими;

- отдельные фрагменты результатов исследований внедрены в практику до-очистки сточных вод в биологических прудах сооружений г. Новочеркасска Ростовской области, г. Усть-Лабинска Краснодарского края, рекомендации на проектирование приняты АО институт РОСТОВСКИЙ ВОДОКАНАЛПРО-ЕКТ.

На защиту выносятся:

- эколого-экономическое обоснование повышения самоочищающей способности естественных и искусственных водотоков путём целенаправленного регулирования их биологических и гидравлических параметров;

- результаты лабораторных и натурных исследований по изучению кислородного, температурного и гидравлического режимов в естественных и искусственных водотоках;

- методика гидравлического расчёта биологических прудов с естественной аэрацией с учётом степени их зарастания различными типами водных растений;

- результаты статистического анализа данных о зарастаемости русел малых рек и биологического пруда в Ростовской области;

- результаты экспериментов по изучению влияния полупогружённой растительности на гидравлические сопротивления русла;

- рекомендации по целенаправленному регулированию биологических и гидравлических параметров работы проточных биологических прудов с естественной аэрацией и технические предложения по их внедрению при проектировании и строительстве новых и реконструкции существующих сооружений этого типа.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции молодых учёных и студентов «Проблемы экологии и мелиорации юга России» (Новочеркасск, 1994), на международной конференции «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Воронеж, 1994), на региональной научно-теоретической конференции «Проблемы ирригации в Ростовской области» (Новочеркасск, 1995), на региональной научно-практической конференции «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» (Новочеркасск, 1995), на международных научно-практических конференциях РГСУ «Строительство - 98, 99» (Ростов-на-Дону, 1998, 1999).

Автор приносит благодарность заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Косиченко Ю.М. за консультации при проведении лабораторных исследований в лаборатории гидравлики Новочеркасской государственной мелиоративной академии.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы и приложений. Общий объём диссертационной работы страниц, в т.ч. 157 страниц машинописного текста, 22 рисунка, 28 таблиц. Библиографический список использованной литературы включает 174 наименований, в т.ч. 8 работ зарубежных авторов.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ

ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В

ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ

1.1 Основные факторы, влияющие на интенсивность процессов улучшения качества воды

Эффективность протекания процесса самоочищения в водных объектах определяется множеством различных факторов, анализ которых проводится в трудах отечественных и зарубежных учёных [1-3, 17, 22-24, 27-31, 43-46,6770, 77-78, 86-88, 90-92, 94-97, 99-100, 109-115, 125, 133, 136-140, 144, 156-160, 164-174 и др.]. Основополагающими механизмами улучшения качества воды по А.Ф. Францеву [157, 164] является улучшение кислородного режима водоёмов и водотоков, разрушение органических веществ и ускоренная их минерализация прибрежными и донными песками, регулирование «цветения» биологическими методами с помощью высшей водной растительности. А.Н. Попов, обобщая в своей работе [125] факторы, в наибольшей степени влияющие на самоочищающую способность водных экосистем, говорит о значительном воздействии на этот процесс природных условий, состава поступающих загрязнений, гидравлических и гидрологических характеристик потока.

Значимость тех или иных факторов возрастает или, наоборот, уменьшается в зависимости от конкретной экологической обстановки, складывающейся в определённом водном объекте. Однако большинством авторов признаётся тот факт, что одним из важнейших показателей, характеризующих интенсивность и направленность процессов самоочищения и самозагрязнения, выступает содержание растворённого кислорода, который необходим для окисления органических веществ и жизнедеятельности гидробионтов.

Кислород может поступать в воду двумя естественными путями - из атмосферы и в результате фотосинтеза водной растительности (высших вод-

ных растений и фитопланктона). Соответственно, содержание кислорода зависит от площади открытой водной поверхности, гидродинамических факто-ров(скорости течения и турбулентного перемешивания водных масс), от температуры воды, биохимических и ряда других факторов [30]. Исследование влияния каждого из этих факторов на изменение концентрации кислорода должно способствовать поиску путей улучшения кислородного режима водных объектов. Так, турбулентное перемешивание водных масс определяется прежде всего скоростью течения, уклоном, извилистостью и шероховатостью русла [30]. Соответственно, закономерным является вопрос об исследовании взаимосвязей каждого из этих факторов с содержанием кислорода. Однако, до сих пор данный вопрос не нашёл должного освещения в научной литературе.

Учёные до сих пор расходятся во мнениях по поводу величины вклада высшей водной растительности и планктона в процесс фотосинтетической аэрации. Так, Т.Н. Сивко и В.Г. Кондратюк [142] отметив, что в загрязнённых малых реках обогащение воды кислородом в тёплый период года идёт преимущественно за счёт фотосинтетической аэрации, анализируют лишь интенсивность фотосинтеза планктона и не учитывают большое значение погружённой водной растительности в насыщении воды кислородом, которое отмечается многими авторами. И.Д. Родзиллер, В.М.Зотов, Г. Г. Винберг и ряд зарубежных исследователей подчёркивают, что высшая водная растительность в процессах фотосинтетической реаэрации играет не меньшую, а в отдельных случаях значительно большую роль, чем фитопланктон [136, 88].

Кроме того, установлено, что кислород, выделяемый планктоном при фотосинтезе, перенасыщает верхний слой воды и улетучивается с её поверхностью?]. Таким образом, фотосинтез фитопланктона не пополняет глубинные слои воды растворённым кислородом.

В связи с этим следует отметить, что любой подход, абсолютизирующий роль одного элемента гидроэкосиситемы в процессе улучшения качества воды, является методически ограниченным. Наиболее адекватным реальности является принцип, провозглашённый JI.O. Эйнором [164]: определяющее влияние на процессы самоочищения оказывает полная экосистема, в которой макрофиты играют доминирующую роль по степени воздействия на качество воды. JI.O. Эйнор подчёркивает тот факт, что преобладающая в водотоках Европейской части России водно-воздушная растительность не может играть большой роли в насыщении воды кислородом, так как она потребляет углерод из атмосферы и выделяет в процессе фотосинтеза кислород также в атмосферу. Кроме того, водно-воздушная растительность может вызывать вторичное загрязнение водотоков продуктами выделений как при жизни, так и после отмирания [164].

Однако, полупогружённая высшая водная растительность с жёсткими стеблями имеет огромное природоохранное значение. Несмотря на то, что она не способствует обогащению воды кислородом, ей удаётся поставлять кислород в почву, интенсифицируя тем самым в ней процессы окисления. Подробно механизм этого явления описан в работе [88]. Его суть сводится к тому, что в корневищах тростника, биомасса которых составляет 100 и более тонн на 1 га, имеются крупные воздухоносные полости, связанные с атмосферой через полые воздухопроводящие побеги. Благодаря таким естественным «лёгким» водно-почвенная среда, включающая в себя и загрязнённые илистые отложения, обогащается кислородом. Кроме того, корневая система тростника выделяет в воду и бактерицидные вещества.

Ряд авторов указывают на то, что высшая водная растительность выполняет функции перевода взвеси в осадок и предлагают использовать это свойство при разработке природоохранных мероприятий [88, 112, 114]. Именно морфологические (строение стеблей, расположение органов) и эко-

логические (плотность зарослей) особенности макрофитов позволяют им играть роль барьера при поступлении в водные объекты диффузионного стока. Установлено, что осаждению загрязняющих веществ в зарослях макрофитов способствуют слизь, образующаяся на поверхности растений, а также малые скорости течения воды в этих зонах [88]. При этом отмечается, что, чем больше площадь поверхности растения и его ослизнённость, тем эффективнее оно очищает воду от взвешенных веществ. По оценке О.П. Оксиюка и др. [112], на подводной части побегов растений задерживаются и осаждаются от 2 до 7 г минеральных и органических взвесей на каждые 100 г фитомассы.

Другая, не менее важная для охраны водных объектов, роль высших водных растений с жёсткими стеблями (тростника, рогоза, камыша и т.д.), отмечается в трудах А.Р Ореховского, Ф.В. Саплюкова, С.А. Шнипа, B.C. Лапшенкова, Н.К. Отверченко, М.М. Мордвинцева[114,141, 75, 76]. Она состоит в защите берегов от размыва. Кроме того, выполняя роль струенаправ-ляющих сооружений во время увеличения расходов воды, прибрежные заросли полупогружённых растений сосредотачивают поток в русле и тем самым способствуют его промыву и углублению[75].

Общепризнанной положительной функцией высшей водной растительности является борьба с эвтрофированием водных объектов. Об этом говорится в трудах Л.О. Эйнора, И.Д. Родзиллера, В.М. Зотова и ряда других авторов [136, 164].

В большинстве работ, посвящённых изучению роли высшей водной растительности в процессах самоочищения водных объектов, она рассматривается в симбиозе с другими участниками водных экосистем[124,127]. А.Н. Попов выделил три основные способа содействия высшей водной растительности улучшению качества воды [127]. Во-первых, макрофиты являются необходимыми партнёрами в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, ассимилирующих различные загрязняющие вещества. Во-вторых, высшая

водная растительность сама потребляет загрязняющие воду ингредиенты. В-третьих, она, регулируя реакцию среды, способствует снижению концентрации загрязняющих веществ.

В связи с рассмотрением влияния симбиоза высших водных растений и прикреплённых микроорганизмов на улучшение качества воды закономерным вопросом является оценка вклада каждого из участников симбиотиче-ских отношений в процессы извлечения и трансформации загрязняющих веществ. Попытка ответить на этот вопрос применительно к доочистке сточных вод свиноводческих комплексов предпринята О.А. Меньшиковой, Т.Г. Храм-цовой, Д.И. Стом [91]. Ими в результате лабораторных экспериментов, проведённых с водными растениями (элодеей канадской, элодеей густолиственной, рдестом пронзённолистным, урутью колосистой, роголистником тёмно-зелёным, валлиснерией спиральной, харой ломкой), обработанными 0,01%-ным раствором сулемы, было установлено, что микроорганизмы удаляют приблизительно 30% азотосодержащих загрязнений, а остальные 70% удаляют погружённые макрофиты.

Процессы поглощения и накопления загрязняющих веществ растительностью подробно исследовались в работах [2, 29, 67, 69, 86, 88, 91, 92, 99, 100, 109, 112, 125, 160, 164 - 168, 170-172, 174]. В ходе изучения этого вопроса установлено, что количество поглощённых загрязняющих веществ в большинстве случаев определяется биомассой растительности и её физиологическим состоянием. При снижении скорости роста высшей водной растительности усвоение ингредиентов ею замедляется. Как правило, поглощение компонентов увеличивается при росте их концентрации, но одновременно возрастает и угнетающее действие загрязняющих веществ на метаболизм растительности. На основе использования способности водных растений к изъятию вредных веществ из воды спроектированы многие конструкции и устройства, предназначенные для природоохранных целей [6-13, 47-54, 117-123].

Описывая механизм трансформации органических веществ, П.П. Марков и Н.А. Маркова отмечают, что минерализация органических соединений в водоёмах с участием высших водных растений происходит путём их окисления в процессе метаболизма при выделении растением кислорода [88].

В ряде работ [19, 62, 91, 25 и др. ] проводились количественные расчёты скорости извлечения зарослями макрофитов различных ионов и органических веществ для некоторых водных объектов. Так, Э.Л. Беновицкий, В.А. Львов, И.Ю. Факторивич [19] разработали математическую модель процесса извлечения органических веществ береговым биоплато канала. В основу данной модели положено предположение о том, что скорость извлечения органических примесей прямо пропорциональна смоченной поверхности стеблей тростника и концентрации извлекаемого органического вещества. При этом подчёркивается, что извлечение органики из воды происходит в основном за счёт жизнедеятельности бактериального перифитона, развивающегося на подводной части растений. Несомненным положительным качеством данной модели является то, что в ней предпринята попытка увязать процесс формирования качества воды с гидродинамическими характеристиками потока (скоростью, коэффициентом шероховатости и т.д.).

Значительно менее изучен вопрос о влиянии высшей водной растительности на газовый, и, в частности, кислородный режим водотоков и водоёмов.

Анализ отечественной литературы позволил установить, что до настоящего времени уделялось мало внимания зональным особенностям роли макрофитов в формировании качества воды.

Наиболее изучены процессы регулирования качества воды высшей водной растительностью в Иваньковском водохранилище (Верхняя Волга, Тверская область) и впадающих в него реках [62, 166, 167], определённые ус-

пехи достигнуты в изучении роли высшей водной растительности в формировании качества воды уральских рек и водоёмов [86, 125].

Однако, пока недостаточное внимание уделялось оценке влияния мак-рофитов на экологическое состояние водных объектов степной зоны. Следует учитывать, что на развитие высшей водной растительности во времени и в пространстве влияют характерные для степной зоны засушливые периоды, когда уровень воды в естественных водотоках существенно понижается, и, соответственно, значительно изменяются условия среды обитания высших водных растений. Зональные особенности проявляются и при зарастании биологических сооружений, предназначенных для доочистки сточных вод с участием макрофитов. В большинстве источников [86, 146, 125, 132 и др.] даются лишь общие рекомендации по плотности создаваемых насаждений, однако, с течением времени эта заданная вначале плотность может существенно меняться. В связи с этим, при оценке способности зарослей к извлечению загрязняющих веществ, пропускной способности и гидравлических характеристик заросших русел, и прочих исследований, основанных на учёте количества растений на единице площади, необходимо предварительно выполнить натурные наблюдения на соответствующем водном объекте или объекте - аналоге.

Учитывая многообразие факторов, участвующих в формировании качества воды, вполне закономерными являются попытки многих исследователей классифицировать их по тем или иным признакам. На наш взгляд, наиболее обоснованной на настоящее время является классификация, составленная A.A. Созиновым, В.Д. Алексеенко, И.А. Акимовым и другими на основе факторного анализа [70]. Она включает в себя следующие группы факторов: 1. Гидрологические данные (водно-физические свойства, состав донных отложений, термический режим, оптические характеристики, скоростные характеристики потока).

2. Гидрохимические данные ( газовый режим, органические вещества, эвтро-фирующие вещества, неорганические вещества, металлы, радионуклиды).

3. Медико-биологические данные (санитарно-микробиологические, санитар-но-бактериологические и гельминтологические, пороговая чувствительность иловых микроорганизмов к тяжёлым металлам).

4. Гидробиологические данные (фитопланктон, бактериопланктон, зоопланктон, зообентос, мутагенная активность, гистиоценоз, наземные околоводные системы).

Однако, на наш взгляд, четвёртая группа должна быть дополнена сообществом высших водных растений, поскольку их вклад в формирование качества воды является общепризнанным.

Подводя итог характеристики основных факторов, влияющих на интенсивность процессов улучшения качества воды в водных объектах, следует ещё раз подчеркнуть их теснейшую взаимосвязь и взаимозависимость. Так, водная растительность, с одной стороны, влияет на кислородный режим, насыщая воду кислородом в процессе фотосинтеза, а, с другой стороны, воздействует на гидравлический режим, создавая дополнительные сопротивления движению воды. В свою очередь, гидравлические факторы также влияют на содержание кислорода, которое увеличивается при интенсификации турбулентного перемешивания и возрастании скоростей. Причём, интенсификация турбулентного перемешивания не всегда сопровождается увеличением скоростей. В тех случаях, когда она обеспечивается за счёт роста шероховатости русла (например, при развитии в нём полупогружённых растений с жёсткими стеблями), может наблюдаться замедление скоростей движения воды. Кроме того, гидравлические факторы (особенно глубины и скорости) способствуют созданию, или, наоборот, ликвидации благоприятных условий для развития водной растительности. Совокупность всех рассмотренных выше факторов образует сложную, динамическую систему, конечным результа-

том деятельности которой может стать либо постепенное улучшение экологической обстановки в том или ином водном объекте, либо окончательная деградация экосистемы. В связи с этим, важнейшей природоохранной задачей является поиск эффективных методов управления не отдельными факторами, влияющими на протекание процессов самоочищения, а всей их совокупностью. Решение данной задачи невозможно без исследования степени взаимного влияния всех рассмотренных выше параметров и характеристик.

1.2 Особенности процессов деструкции загрязнений в естественных и искусственных водотоках

Природные водотоки являются продуктами тысячелетнего естественного развития. За это время в них сформировался эффективный механизм сохранения качества воды. Так, B.C. Лапшенков и др.[75] указывают, что микроорганизмы в илистых отложениях на дне разлагают сложные загрязняющие вещества до простейших соединений, речные моллюски очищают воду, пропуская её через себя, а раки, очищая норы, способствуют высачиванию грунтовых вод в русло. Положительный вклад в формирование качества воды вносят и другие гидробионты, взаимосвязи между которыми в пределах экосистем сбалансированы.

Однако, хорошо отлаженные процессы метаболизма в естественных водных объектах оказались легко нарушаемыми в результате антропогенного загрязнения. В особенно тяжёлой ситуации оказались малые реки, которые стали приёмниками диффузного стока с сельскохозяйственных угодий, городских территорий и сосредоточенных сбросов недостаточно очищенных коммунально-бытовых сточных вод, отходов промышленных предприятий и ферм [24, 28, 31]. Так, по данным B.C. Перехреста [124], в малые реки степной и лесостепной зон в среднем с сельскохозяйственных угодий смывается от 15 до 25 % внесённого азота и от 1,5 до 9 % фосфора.

Единственной преградой на пути диффузионных стоков являются заросли полупогружённой водной растительности, расположенные вдоль берегов рек и перехватывающие поверхностный сток.

По оценке И.Д. Родзиллера и В.М. Зотова, применяемая биохимическая очистка сточных вод промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных предприятий «не всегда гарантирует открытые водоёмы от загрязнения и инфицирования, особенно при неудовлетворительной эксплуатации очистных сооружений» [136]. В связи с этим, для доочистки сточных вод устраивают биологические сооружения, в которых используются преимущественно природные механизмы самоочищения: биологические пруды, биологические плато, ботанические площадки и т.д.

Биологические пруды представляют собой искусственно созданные водоёмы для биохимической очистки сточных вод, основанной на процессах, которые происходят при самоочищении водоёмов.

Под ботаническими площадками Л.О. Эйнор предлагает понимать широкий спектр водотоков, заросших макрофитами естественным путём или высаженными в них искусственно [16 4]. Наиболее примитивными являются естественные ботанические площадки, возникающие при зарастании проток, стариц, оврагов и болотистых участков высшей водной растительностью. Они устраиваются на пути к более крупным водным объектам. Более сложная конструкция ботанической площадки приводится в работе [164].

Биологическое плато - это специальное гидротехническое сооружение, позволяющее использовать макрофиты для улучшения качества воды, которое чаще всего представляет собой заросшую водной растительностью площадку на берме канала. Как отмечают О.П. Оксиюк и др. [112], очистку воды в этом случае осуществляют не только высшие водные растения, но и все другие участники сообщества - бактерии, водоросли, беспозвоночные.

A.Р. Ореховский [114] описывает более сложную конструкцию наплавного биоплато, которое обладает тем преимуществом, что в нём более полно используется всасывающее действие корней водных растений. К тому же такая конструкция мобильна, и её можно при необходимости перемещать с одного участка на другой. Наплавное биоплато заметно усиливает турбулентность проходящих через него потоков, что также способствует интенсификации процессов самоочищения. Аналогичная конструкция запатентована A.B. Ильевским, В.Н. Сотниковым и А.Н. Фалалеевой [6].

B. С. Лапшенков и др. в своей работе [75] описывают ещё одну конструкцию аналогичного назначения, названную бассейном биологической очистки. Для его устройства могут использоваться старицы и другие естественные или искусственные понижения на поверхности поймы глубиной до 1 м, заросшие тростником и рогозом, в которых формируются фито- и зооценозы, способные окислять нефтепродукты . В такие бассейны авторы предлагают отводить поверхностную часть речного потока с плавающими загрязнениями, в том числе и с нефтепродуктами, проходя через заросли, вода должна очищаться, а, затем снова поступать в реку, но уже ниже по течению. Правда, не вполне понятно, почему понадобилось вводить для такого сооружения новое название, ведь оно вполне подходит под определение ботанической площадки, данное Л.О. Эйнором.

Конструкции и принципы работы биологических прудов, ботанических площадок и биологических плато описаны в работах А.И. Жукова, И.Д. Род-зиллера, В.М. Зотова, И.Л. Монгайта, Л.О. Эйнора, Р. Бастиана, Э.Л. Бено-вицкого, В.А. Львова, И.Ю. Факторович, П.П. Маркова, H.A. Марковой, О.П. Оксиюка, Ф.В. Стольберга, И.С. Сукача, В.М. Якушина, А.П. Гусака, О.П.Синёва, Н.М. Веснина, C.B. Комиссарова, В.А. Шапошниковой, A.A. Чернышова и др.[45, 136-140, 164, 17, 19, 88, 112, 144, 29, 69, 160]. Важным элементом таких водных объектов является высшая водная растительность и

другие представители фото- и зооценозов, активно участвующие в разложении загрязняющих веществ.

В отличие от природных водотоков, в искусственных водных объектах (биологических прудах, биоплато, ботанических площадках) продукционно-деструкционные процессы недостаточно сбалансированы, на что указывают многие авторы [164, 157 и др.]. В связи с этим, необходимо изыскивать рычаги для управления работой таких сооружений, основанные преимущественно на естественных процессах, свойственных экосистемам природных водных объектов. Для выявления таких процессов, следует сопоставить особенности формирования качества воды в естественных водотоках и искусственных водных объектах.

Формирование стока в природных водотоках носит ярко выраженный сезонный характер. Соответственно, качество воды и условия его формирования также зависят от времени года и гидрологической фазы. По мнению большинства авторов [24, 30, 76, 86] наиболее неблагоприятные условия для формирования хорошего качества воды складываются в меженный период, так как в это время снижается водность, и , следовательно, способность разбавлять стоки. В период зимней межени эта ситуация усугубляется тем, что устанавливающийся на реках ледяной покров препятствует растворению атмосферного кислорода, а пониженные температуры замедляют деятельность водных организмов, занятых утилизацией поступающих в водотоки загрязнений.

Для искусственных водных объектов, предназначенных для доочистки сточных вод, характерно более-менее равномерное распределение стока по сезонам года. Однако, климатических факторы также влияют на эффективность процессов улучшения качества воды в этих сооружениях. Ряд авторов [75, 91] сходятся во мнении, что зимний период является наиболее неблагоприятным для работы биологических прудов, биоплато и ботанических пло-

щадок. В это время в результате снижения температуры падает активность гидробионтов, принимающих участие в процессах самоочищения. Так,

B.C. Лапшенков и др. отмечают, что при температуре воды 6°С и ниже очистка воды от загрязнений с помощью биоценозов полностью прекращается [75]. В частности, зимой снижается интенсивность фотосинтеза водной растительности. Однако при пониженных температурах увеличивается растворимость атмосферного кислорода [30, 138]. Учитывая, что окислительные процессы при низких температурах также замедляются, то в зимний период можно даже ожидать повышения содержания растворённого кислорода в искусственных водных объектах, предназначенных для доочистки сточных вод, по сравнению с тёплым периодом. Однако, такой факт вряд ли стоит расценивать как положительный симптом улучшения условий формирования качества воды, а, скорее его можно рассматривать как свидетельство, говорящее о замедлении процессов самоочищения, протекающих с потреблением кислорода.

Таким образом, не смотря на разницу в создании гидрологического режима естественных водотоков и искусственных сооружений для доочистки сточных вод, наиболее неблагоприятная ситуация для формирования качества воды в них складывается в зимний период вследствие замедления жизнедеятельности гидробионтов, активно участвующих в процессах трансформации загрязняющих веществ. Однако, в отличие от естественных водоёмов, работой искусственных биологических сооружениях в холодное время года можно довольно успешно управлять, на что указывают многие авторы [136, 91]. В частности, для местностей с суровыми климатическими условиями учёные [91] предлагают создавать закрытые гидроботанические очистные сооружения, в которых будут поддерживаться условия, оптимальные для круглогодичного содержания комплекса гидробионтов. Однако, экономическая сторона этого вопроса ещё не изучена. Возможно, этот метод будет экономи-

чески выгоден в сочетании с биоэнергетическим (анаэробная переработка) при одновременном получении высококачественного удобрения и биогаза.

И. Д. Родзиллер и В.М. Зотов делают заключение о том, что, в отличие от природных водных объектов, процессами формирования качества воды, происходящими в биологических прудах, в определённой степени можно управлять, устраивая эти сооружения на необходимую продолжительность пребывания воды в них [136]. Сравнивая интенсивность протекания процессов деструкции загрязняющих веществ в природных водных объектах и биологических прудах, авторы [136] отмечают, что «масса микроорганизмов в единице объёма прудовой воды бывает выше, чем в воде открытого водоёма, вследствие чего скорость процессов в пруде может быть большей, чем в воде водоёма».

Интенсификации процессов самоочищения в естественных водотоках способствует неравномерное распределение глубин. На значение этого фактора указывают многие авторы [30, 157, 164]. Особенность естественного русла, заключающаяся в чередовании глубоких и мелких участков (плёсов и перекатов), усиливает кинематическую неоднородность потока и выступает одним из факторов турбулизации водных масс [30]. А. В. Францев [157], анализируя факторы самоочищения воды в реках, указывал, что имеющиеся в них глубокие омуты служат для долговременного захоронения загрязняющих веществ и играют роль отстойников. Развивая эту идею, Л.О. Эйнор [164] подчёркивает чрезвычайно важную роль омутов для трансформации загрязняющих веществ, так как в них формируются благоприятные условия для протекания реакций глубокого анаэробного распада органических компонентов.

К сожалению, при создании большинства биологических сооружений, предназначенных для доочистки сточных вод, важность создания разных глубин не принималась во внимание, и глубины назначались постоянными.

В естественных водотоках ярко выражена тенденция к формированию оптимального состава биоценоза. В связи с этим, при подборе видового состава растений для заселения ими биологических сооружений, необходимо ориентироваться именно на природные сообщества, свойственные данной климатической зоне.

Сопоставление естественных процессов самоочищения, происходящих в природных водотоках, и особенностей работы искусственных водных объектов, создаваемых для доочистки сточных вод, позволяет сделать вывод о необходимости управления работой проточных биологических прудов, биоплато и ботанических площадок путём более полного использования естественных факторов, улучшающих качество воды как наиболее экологически безопасных и экономически выгодных. Такими факторами, имеющими огромное природоохранное значение, прежде всего являются оптимальный биоценоз, формирующийся на основе высшей водной растительности, турбулентное перемешивание водных масс, чередование больших и малых глубин, оптимальная скоростная структура потока.

1.3 Техника и технологии интенсификации процессов доочистки сточных вод в биологических прудах с естественной аэрацией

Для доочистки сточных вод, прошедших биохимическую очистку, могут применяться разные методы: фильтрование, сорбция, озонирование и более глубокая биохимическая деструкция органических веществ в биологических прудах [136] и других биологических сооружениях аналогичного назначения.

Биологические пруды могут работать в проточном и контактном режимах.

По характеру протекания процессов очистки биологические пруды делятся на анаэробные, факультативно-анаэробные и аэробные [23].

Анаэробные условия формируются в прудах при наличии значительных глубин (более 1,5 м). Сточные воды в таких прудах очищаются путём деструкции органических загрязнений в процессе анаэробного брожения, в результате которого образуются углекислота и метан. Как правило, анаэробные пруды занимают относительно небольшую площадь.

Аэробные пруды отличаются небольшой глубиной (0,4 - 1 м) и занимают большие площади. Поступление кислорода в них осуществляется за счёт реаэрации и фотосинтеза водных растений. В аэробных прудах происходит бактериальное разложение загрязняющих веществ с потреблением кислорода. Водоросли потребляют продукты бактериального разложения органических соединений.

В факультативно-анаэробных прудах аэробные и анаэробные процессы сменяются по глубине и по времени.

В зависимости от способов пополнения запасов растворённого в воде кислорода аэробные и факультативно-анаэробные пруды бывают с естественной и искусственной аэрацией.

В.Н Журов в своей работе [46] проводит сопоставление этих двух конструктивных решений и приходит к выводу, что биологические пруды с искусственной аэрацией при правильных режимах работы являются более выгодными, чем естественно аэрируемые. В пользу этого заключения говорит то, что их работа не зависит от климатических условий, аэрация и перемешивание содержимого пруда поддерживают прудовый ил в постоянном контакте с загрязнениями и кислородом , что ускоряет биохимические процессы очистки. Значительные глубины таких прудов (до 4 - 5 м) позволяют сократить площадь их зеркала в 2 - 3 раза, и при этом сократить теплопотери через поверхность воды. Для интенсификации работы биологических прудов с искус-

ственной аэрацией В.Н. Журов предлагает повышать рабочую дозу ила в пруду и создавать биоценоз прудового ила, максимально приспособленный для окисления поступающих в пруд остаточных загрязнений. Однако существенной проблемой при эксплуатации этих сооружений остаётся высокая энергоёмкость технологического процесса доочистки сточных вод, причём актуальность этой проблемы возрастает с повышением тарифов на электроэнергию.

И.Д. Родзилер, также проводя сопоставление аэрируемых прудов и прудов с естественной аэрацией, указывает, что «пруды с естественной аэрацией имеют такую структуру потоков, при которой фактический рабочий объём пруда составляет лишь часть его полного строительного объёма.... Структура потоков в аэрируемом пруду такова, что рабочий объём пруда приближается к строительному и фактически может быть принят равным ему» [137]. Таким образом, одним из недостатков прудов с естественной аэрацией является несовершенство структуры потока и непродуктивное использование их строительного объёма.

Б.Т. Юрьев и Ю.Ф. Урясов предложили конструктивное решение биологического пруда, которое сочетает в себе системы естественной и искусственной аэрации и может работать как в проточном, так и в контактном режимах [10]. Достичь такой комбинации удалось на основе применения новых элементов распределения воды.

В настоящее время наибольшее распространение получили проточные биологические пруды с естественной аэрацией, в связи с этим в дальнейшем рассматриваются пути интенсификации работы именно этих сооружений.

При проектировании проточных биологических прудов с естественной аэрацией чаще всего их конструируют каскадными, причём в каждом каскаде могут предусматриваться параллельные секции [136]. Каждая секция может иметь свою функциональную направленность, которую следует учитывать

при определении времени пребывания в них воды. Например, при наличии трёх секций, первая секция, помимо биологического назначения, выполняет и функцию отстойника, где возможны и анаэробные условия. Вторая секция выступает основным окислителем и отличается достаточно большой скоростью потребления кислорода. Третья секция является стабилизатором, в котором заканчивается процесс минерализации и достигаются необходимые значения показателей качества воды.

Сопоставляя разные методы, используемые для доочистки сточных вод, И.Д. Родзиллер и В.М. Зотов указывают, что глубокая биохимическая деструкция органики в биологических прудах является простым и экономичным способом по сравнению с более радикальными, но в то же время дорогими и требующими сложной аппаратуры методами фильтрования, сорбции и озонирования [136] . Говоря о качественной стороне процесса очистки, авторы отмечают, что явным преимуществом биопрудов является «уменьшение содержания взвешенных веществ и биогенных элементов, полное насыщение кислородом выходящего стока и снижение токсичности производственных сточных вод».

Несмотря на многие положительные качества биологических прудов, у них есть и ряд недостатков. В частности, как отмечают О.П. Оксиюк и др. [112], тот факт, что в основном все процессы разложения загрязняющих веществ происходят в движущейся воде, повышает вероятность выноса органических веществ, продуктов их распада, бактерий и фитопланктона в водные объекты - приёмники сточных вод. Предотвращению этой опасности должна способствовать локализация процесса разложения загрязняющих веществ на определённых поверхностях, пригодных для закрепления на них микроорганизмов. Исследования, проводимые многими авторами в природных водных объектах и опыт эксплуатации искусственных гидроботанических очистных сооружений, показывают, что наиболее подходящими для этой цели являют-

ся высшие водные растения, так как помимо функций естественных контактных носителей, они сами играют активную роль в улучшении качества воды, о чём подробно говорилось в разделе 1.1.

Насаждения высшей водной растительности помогают бороться и с такой потенциальной опасностью, как цветение воды, которое может наблюдаться в биологических прудах в тёплый период года. При цветении воды, по

данным И.Д. Родзиллера [136], БПК ПОЛн выходящей из пруда воды не удаётся снизить ниже 5-6 мг Ог/л, а содержание взвешенных веществ - ниже 15 -30 мг/л.

Другим отрицательным моментом при использовании биологических прудов является изъятие значительных площадей, что весьма проблематично в густонаселённых районах. Одним из путей решения этой проблемы является интенсификация процессов очистки в биологических прудах путём комбинированного использования в них погружённой и полупогружённой водной растительности. Сходный подход О.П. Оксиюк и др.[112] предлагают применять для уменьшения площади биоплато в каналах. Их идея заключается в том, чтобы разделить процесс очистки воды на два этапа. Первый этап - минерализация органических веществ, реализуется на относительно небольшом пространстве первой ступени, занятой погружёнными водными растениями. На второй ступени происходит поглощение образовавшихся минеральных биогенных веществ и очистка воды от частично поступающих с первой ступени бактерий и фитопланктона. Очевидно, для этой цели больше подходит водно-воздушная растительность.

Немаловажной проблемой при эксплуатации биологических прудов является то, что свободный доступ к ним животных и людей повышает вероятность включения вредных веществ и гельминтов в трофические цепи. К тому же в тёплый период биологические сооружения являются прекрасной средой для размножения комаров и болезнетворных микроорганизмов. Не исключе-

на и возможность попадания загрязняющих веществ вместе с фильтрационным потоком в нижележащие водоносные горизонты. Для предотвращения или сведения к минимуму всех этих угроз необходимо с особой тщательностью подходить к выбору места расположения биологических прудов, а также особое внимание уделять проведению профилактических и предупреждающих мероприятий, соблюдению элементарных требований обеспечения безопасности жизнедеятельности. Важную роль играет контроль за качеством сточных вод, поступающих для доочистки в биологические пруды.

П.П. Марков и H.A. Маркова в своей работе [88] противопоставляют методы очистки сточных вод с использованием биологических прудов гидроботаническому методу, под которым они понимают «метод глубокой очистки сточных вод, основанный на их контактировании с макрофитами». При этом подчёркивается, что очистка в биологических прудах основана только на биохимических процессах окисления, а при использовании гидроботанического метода наряду с ними задействуются также фильтрование, поглощение и накопление органических и неорганических веществ, минерализация, де-токсикация органических соединений, адсорбция, хемосорбция и др.

Аналогичное замечание делают и О.П. Оксиюк, Ф.В. Стольберг, И.С. Сукач и др. [112]. Сравнивая особенности процессов разложения взвешенных и растворённых органических веществ, происходящие в биологических прудах и на биоплато, они отмечают, что в биологических прудах эти процессы в основном обеспечиваются за счёт жизнедеятельности бактерий и частично беспозвоночных, а на биоплато основным агентом является бактериоперифи-тон - бактериальная плёнка, развивающаяся на подводной части растений и обеспечивающая высокую степень деструктивных процессов.

Однако в настоящий момент такое противопоставление несколько утратило свою силу, потому что в современных конструкциях биологических прудов предусматривается отведение части их площади именно под заселе-

ние высшей водной растительности (рогоза, тростника, камыша и т.д.). Так, в работе [136] предлагается отводить для заселения макрофитами 1/3 часть пруда, размещая их в головной части таким образом, чтобы движущаяся вода не могла миновать этих насаждений, а также в районе выпуска воды из пруда. При этом сделано заключение о том, что правильно расположенная по площади пруда высшая водная растительность перераспределяет поток жидкости, который занимает большую часть объёма пруда, способствуя ликвидации короткозамкнутых токов и увеличивая продолжительность пребывания воды в нём. Аналогичные рекомендации даются и в [86], согласно которым растениями необходимо засаживать не менее 40 % акватории биологического пруда. В связи с этим, сегодня более уместно говорить о совместном, или комбинированном использовании гидроботанического метода и биологических прудов для восстановления качества воды. Одним из узловых моментов, позволяющих интенсифицировать процессы улучшения качества воды в таких сооружениях может и должно стать увеличение площади смоченной поверхности водных растений, которые служат основой для развития бактерио-перифитона. Опыт практической реализации гидроботанического метода улучшения качества воды в биологических прудах, на биоплато и на ботанических площадках отражён в табл. П1.1 (Приложение 1). При её составлении использованы данные, приведённые в работах [88, 112]. Информация табл.П1.1 говорит о несомненной перспективности применения гидроботанического метода для улучшения качества воды во всех биологических сооружениях и охраны природных водных объектов.

Следует отметить, что, несмотря на большое количество положительных качеств, свойственных биологическим сооружениям, пока ещё не удалось создать эффективного механизма управления протекающими в них процессами. Так, формирование биоценоза в целом и фитоценоза, в частности, протекает в основном естественным путём, в который человек активно вме-

шивается только на первой стадии, заселяя сооружения наиболее перспективными, с его точки зрения, водными растениями. Рекомендации по подбору их видового состава приводятся во многих работах [86, 125 и др.]. В дальнейшем роль человека, в лучшем случае, проявляется только в удалении из сооружений части водной растительности. Формирование же зон зарастания, их размеры и размещение по объёму сооружений происходит естественным путём, который порой приводит к существенному ухудшению скоростной структуры потока, появлению застойных зон вдоль берегов и у дна, к уменьшению коэффициента объёмного использования сооружения.

Попытки управления процессами зарастания биологических сооружений, несомненно, предпринимались. Но большей частью они касались укореняющейся в грунте водно-воздушной растительности и состояли в обеспечении глубин, благоприятных для развития этих растений. Однако, вопрос о таких глубинах всё еще не ясен. На наш взгляд, наиболее адекватны реальности рекомендации, приводимые в работе [86], согласно которым рогоз широколистный, тростник обыкновенный, осоку водяную, камыш озёрный следует сажать на мелководьях до глубины 0,7м. Рекомендации же относительно нахождения оптимальных местоположения и площади зон погружённой растительности и полупогружённых растений с плавающими корнями в сочетании с площадью, занятой укореняющейся в грунте водно-воздушной растительностью, ещё не выработаны.

Говоря о степени изученности тех или иных процессов, протекающих в биологических прудах, нельзя не отметить тот факт, что до настоящего времени практически не изученным остаётся гидравлический режим биопрудов. Существующими рекомендациями по их расчёту [132, 136, 139] используются только такие обобщённые гидравлические характеристики как расход и коэффициент шероховатости. Причём коэффициент шероховатости рекомендуется принимать постоянным, равным 0,10, не учитывая степень развития

водной растительности и состояние ложа пруда. Средняя скорость движения воды назначается равной 0,05 - 0,04 м/с. Однако, практически неисследованными остаются вопросы о скоростной структуре потока, её взаимосвязи с наличием в русле водной растительности разных видов.

Учитывая характер сопротивления растений потоку, условно можно выделить две основные группы водной растительности: 1 полупогруженная растительность с жесткими стеблями, укореняющаяся в

Ч/ ^ V / ч

грунте мощной корневой системой (тростники, рогозы, камыши, осоки и др.) (ППР);

2 погруженная растительность, объединяющая растения с плавающими листьями, укореняющиеся в грунте (кувшинки, кубышки, рдест плавающий и др.), погруженные растения (элодея, уруть и др.), свободно плавающие растения (ряска, водокрасы и т.д.) и водоросли (ПВР).

Среди водорослей, в свою очередь, можно выделить две крупные экологические группы:

- бентосные водоросли, прикрепленные или просто лежащие на дне, включающие в себя представителей зеленых водорослей (эдогоний, улотрикс, спирагира, хара), диатомовых и сине-зеленых;

- планктонные водоросли, живущие без твердой опоры в толще воды, объединяющие представителей диатомовых (пиннулярия), зеленых (хламидомонада, педиаструм, хлорелла), жгутиковых (хромулина, динобрион) и сине-зеленых водорослей.

Помимо водной растительности сопротивление движению воды могут оказывать погруженные в нее ветви растущих по берегам деревьев и кустарников, а также травянистая растительность, оказавшаяся ниже уровня воды.

Сопротивление поверхности, покрытой травянистой растительностью, изучалось В.М. Лятхером и И.Н. Гуриным [85]. Они теоретически обосновали положение о том, что колебания растительности увеличивают расход над по-

верхностью, покрытой травянистой растительностью, и тем самым уменьшают коэффициент гидравлического трения по сравнению с движением над неподвижной растительностью.

При описании взаимодействия потока с растительными элементами возникает ряд трудностей. Основная из них - необходимость учета множества факторов нестационарного, случайного характера, описывающих воздействие растительности на гидравлические характеристики. К таким факторам относятся видовой состав растительных ценозов, геометрические параметры зон зарастания и самой растительности, плотность полупогруженных растений, число зон погруженной растительности и т.д. Каждый из этих параметров отличается широким диапазоном значений даже в пределах одной климатической зоны. Например, нами в ходе натурных исследований было установлено, что плотность зарослей тростника для р. Кагальник Азовский в среднем в 3 раза выше, чем для р. Тузлбв.

На основе анализа литературных источников можно выделить следующие подходы, применяемые при изучении гидравлических сопротивлений заросших русел: 1. Подход, учитывающий зарастание водотоков комплексно при выборе табличного значения коэффициента шероховатости. Показательной в этом отношении для рек является шкала Е.А. Леонова [79], а для каналов и естественных водотоков — рекомендации СНИП 2.06.03-85 [145], таблица В.Т. Чоу [161] и другие. Преимуществом данного подхода является простота процесса определения величины п для заросшего русла, а главным недостатком - высокая степень обобщенности и отсутствие возможности учета особенностей зарастания водотока (видового состава растительности, геометрических параметров растительных элементов и т.д.). Однако, для проточных биологических прудов подобные справочные таблицы не разработаны.

2. Подход, предполагающий условную замену растительности системой продольных тормозящих поверхностей определенного размера с гидравлической шероховатостью, равной шероховатости дна потока [32]. Этот подход может дать лишь приближенное представление о влиянии водной растительности на коэффициент шероховатости русла, так как не учитывает вид растительности, диаметр стеблей растений и ряд других факторов, определяющих движение воды в зарослях.

3. Подход, учитывающий влияние укореняющейся в грунте растительности на гидравлические сопротивления посредством построения эксперимен-

(VR)

тальных зависимостей X=f(Re), n=f(VR), n=f(h) или п = / — [25, 37, 41,

V vJ

161] для разных типов растительности.

4. Подход, основанный на аналогии между движением воды в зарослях и фильтрацией в пористой среде [4, 83, 105, 106]. А.Д. Альтшуль и Нгуен Тай [4, 106] получили зависимость для определения коэффициента гидравлического трения в виде:

Лз = 8-^, (1)

vif

где Р - коэффициент пористости; /- сумма поверхностей стеблей, отнесенная к объему.

В.Ю. Ляпин приводит обобщенную зависимость для коэффициента гидравлического трения, полученную на основе обработки опытных данных методом линейной регрессии по фильтрационным моделям [71]:

. 55 4

A = + (2)

где Re3 = - модифицированное число Рейнольдса; vk2

кз =r Wnop/W- пористость растительной среды;

Wnop - удельный объем пор;

W - удельный объем растительной среды, приходящейся на единицу площади дна русла.

Данный подход к изучению гидравлических сопротивлений заросших русел интересен, но он пока не получил должного экспериментального подтверждения натурными данными [41].

5. Подход, позволяющий определять значения коэффициентов шероховатости и гидравлического трения для заросшего русла по различным формулам, содержащим тот или иной набор информации о плотности растительности, ее геометрических параметрах, особенностях движения воды в зоне расположения растений. Этот подход применяется, как правило, для учета сопротивления укореняющейся в грунте растительности [ 14, 19-20, 25 и др.]. В рамках этого подхода выделяется работа B.C. Боровкова, который предлагает учитывать при расчете величины гидравлического трения Я площадь миделя растительного элемента (его среднюю высоту и характерный поперечный размер) Sm, коэффициент гидродинамического сопротивления одиночного элемента Со, коэффициент взаимного влияния растительных элементов кь, средний размер площади дна, на которой закреплен один растительный элемент, Мр и скорости течения в заросшей части русла VP [35]:

V2 ,

X = 4^SMCDkb—r. (3)

V М2р

Основная трудность, возникающая при применении этой зависимости, как отмечает сам автор, это точное вычисление величины кь в условиях хаотичного расположения растительных элементов.

Д.А. Асанова [14] предлагает величину Я определять по зависимости:

Л = Л0+ Ср&Ы, (4)

где Ло - коэффициент гидравлического сопротивления русла, свободного от растительности;

Ср - коэффициент лобового сопротивления стебля;

(I - диаметр стебля;

£ - высота растении;

N - плотность растений.

Другая формула, предложенная Д.А. Асановой для нахождения величины Я, имеет вид [163]:

Л = Л0+а/Яе+Ь/ Яе2, (5)

где аи Ь - коэффициенты.

Д.В. Штеренлихт [163] указывает, что в ряде случаев в заросших водотоках коэффициент гидравлического трения обратно пропорционален числу Рейнольдса:

Л - 7500 / 110000 / Яе (6)

Значительный вклад в изучение коэффициентов шероховатости заросших русел внес Э.П. Беновицкий [19, 20]. Им предложена следующая зависимость:

Заключение диссертации по теме «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», Турянская, Наталья Ивановна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность направленного регулирования гидравлических и биологических процессов в естественных и искусственных водотоках путём формирования биомассы микроорганизмов на подводных частях растений, используемых в качестве контактных носителей.

2. Предложена наиболее рациональная схема расположения естественных контактных носителей в биологических прудах с естественной аэрацией, состоящая в создании насаждений полупогружённых растений с жёсткими стеблями на затопленных дамбах, расположенных перпендикулярно направлению движения потока, чередующихся с зонами, занятыми погружённой и полупогружённой растительностью.

3. Получены зависимости для оценки гидравлических сопротивлений русел, заросших полупогружённой растительностью с жёсткими стеблями и погружёнными водными растениями, построены экспериментальные кривые, отражающие связь между коэффициентом гидравлического трения заросшего русла и числом Рейнольдса при разных значениях плотности полупогружённых растений.

4. Выявлена связь между скоростной структурой потока, формирующейся под влиянием водной растительности, и распределением содержания кислорода по площади живого сечения биологического пруда с естественной аэрацией.

5. Получены статистические данные, позволяющие оценивать и прогнозировать сезонную динамику изменения характеристик развития полупогружённой высшей водной растительности в малых реках и биологических прудах степной зоны юга России.

6. Выявлена общая тенденция изменения содержания растворённого кислорода по длине проточного биологического пруда с естественной аэрацией и дана её интерпретация, имеющая отличия от известных.

7. В результате проведённой экологической и экономической оценки доказана эффективность направленного регулирования гидравлических и биологических параметров биологических прудов с естественной аэрацией.

8. Разработана методика гидравлического расчёта биологических прудов с учетом степени их зарастания различными видами водных растений.

9. На основе лабораторных и натурных исследований составлены рекомендации по интенсификации работы биопруда с естественной аэрацией очистных сооружений завода НЗСП г. Новочеркасска.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Турянская, Наталья Ивановна, 1999 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Абрамович И.А. Обоснованность нормативных требований к качеству очистки сточных вод //Водоснабжение и санитарная техника. - 1996, № 1. - С. 17-18.

2. Авакян А.Б., Веницианов Е.В., Хромов В.М. Роль водной и прибрежной растительности в формировании качества воды в водных объектах //Водные ресурсы. -1993. № 5. - С. 669-670.

3. Акулов К.И., Гурвич Л.С., Голубева И.Т., Савелова В.А. Основные вопросы изучения санитарных последствий изучения сброса сточных вод в водоеме //Научные основы установления ПДК в водной среде и самоочищения поверхностных вод. - М.: Мысль, 1972,- С. 42-43.

4. Альтшуль А.Д., Нгуен Тай. Гидравлические сопротивления при фильтровании воды в растительном слое почвы //Метеорология и гидрология.-1973. № 12,- С. 77-84.

5. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. - М.: Недра, 1970,- 256 с.

6. A.c. № 1346588. Устройство для биологической очистки воды водоёмов и водотоков. /Ильевский A.B., Сотников В.Н., Фалалеева А.Н. Опубл. 1987, Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32, № 2, С. 10.

7. A.c. № 1362710. Устройство для биологической очистки водотоков и (или) водоёмов. /Гусак А.П., Стольберг Ф.В., Затыльников В.И., Злобин H.H. и др. Опубл. 1987, Изобретения стран мира. Реферативная информация, МКИ 4 C02F 3/32 № 4, 1988, С.4.

8. A.c. № 1402588. Способ биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов. /Пеньковцев В.А., Гафуров Ф.А., Бурлаков В.П., Николаев В.Н. и др. Опубл. 1988, Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32, № 9, 1988. С. 9.

9. A.c. № 1411295. Способ биологической очистки воды в водоёмах или участках водотоков. / Сукач И.С., Кавацюк М.В., Стольберг Ф.В., Свердлов

B.C., Гердий Ю. А. И др. Опубл. 1988, Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32, № 11, С. 17.

Ю.А.с. № 1481212. Биологический пруд. /Юрьев Б.Т., Урясов Ю.Ф. Опубл. 1989, Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32, № 8, 1989, С.9-10.

11.A.c. № 1528746. Система очистки воды рек. /Большинский C.B., Стольберг Ф.В., Беличенко Ю.П. Опубл. 1990, Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32 № 3, 1990, С 14.

12. А.с.№ 1534011. Устройство для очистки воды в каналах и водотоках. /Рогозов Г.Г., Соколов И.П., Жонсон A.A. Опубл. 1990, Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32, № 4, 1990. С. 17.

13. А.с.№ 1758025. Способ биологической очистки вод. /Шевякова Н.И., Федосов Ю.Г., Алтунин B.C., Селяметов Н.Н, Тихонов Р.Н. Опубл. 1992, Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38 МКИ 5 C02F 3/32, № 11,1992, С. 15.

14. Асанова Д.А. Гидравлические сопротивления заросших каналов //Гидравлика водопроводящих сооружений. - Ташкент, 1987,- С. 80-85.

15. Асанова Д.А. Гидравлические сопротивления и кинематика заросших каналов //Труды Московского гидромелиоративного института. Выпуск «Гидравлика» Т.68. - М. 1981,- С. 135-141.

16. Барышников Н.Б. Речные поймы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978,- 152 с.

17. Бастиан Р. Системы естественной очистки сточных вод //Гражданское строительство, 1982. № 5,- С. 4-12.

18. Беновицкий Э.Л. Уравнение плановой эпюры скоростей течения в руслах с береговой растительностью //Водные ресурсы, 1995. Т.22. № 4.-

C. 407-412.

19. Беновицкий Э.Л., Львов В.А., Факторович И.Ю. Моделирование извлечения органических веществ береговым биоплато канала //Водные ресурсы. -

1992. - № 6.-С.88-93.

20. Беновицкий Э.Л., Шеренков И.А. Влияние водной растительности на пропускную способность русел рек и каналов //Гидротехническое строительство. -1990.-№ 11,- С. 15-16.

21. Беновицкий Э.Л. Вывод расчетных зависимостей для коэффициента шероховатости частично заросших русел //Водные ресурсы. - 1988. - № 1,- С. 68-74.

22. Бикбулатова Е.М. и др. Распад органического вещества сине-зеленых водорослей в анаэробных условиях при комнатной температуре ( 20 °С ) //Водные ресурсы. - 1977. -№ 6. - С. 124-135.

23. Биологическая очистка сточных вод и опыт их применения на отдельных промышленных предприятиях Латвийской ССР. Обзор. - Рига: Лат. НИИНТИ, 1979.

24. Бойченко В.К., Эйнор Л.О., Ланцов В.Ф. и др. К вопросу о загрязнении и самоочищении в малой реке //Водные ресурсы. - 1986. - № 2,- С.102-110.

25. Боровков B.C. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 286 с.

26. Васильченко Г.В. Моделирование гидравлических сопротивлений пойменным потокам равнинных рек //Мелиорация и водное хозяйство. Выпуск 50. - К.: Урожай, 1980. - С. 27-32.

27. Вельнер Х.А., Айтсам A.M. О критериях подобия процессов превращения органических веществ //Всесоюзная НТК по охране поверхностных вод от загрязнения. - Таллин, 1967. - С.70 - 72.

28. Вельнер Х.А., Плате. Р.В. О динамике превращения органических веществ в малых реках //Материалы 11 Всесоюзного симпозиума. - Таллин, 1967. - С.73-74.

29. Веснин Н.М. и др. Роль макрофитов в самоочищении шахтных вод //Вопросы охраны водных ресурсов в угольной промышленности. - Пермь: Западно-Уральское книжное издательство, 1983,- С. 100-103.

30. Владимиров A.M., Ляхин Ю.Н., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 424 с.

31. Восстановление и охрана малых рек: Теория и практика / Пер. С англ. Габриэляна А.Э., Смирнова Ю. А. /Под ред. Эделыптейна К.К., Сахаровой М.И. - М.: Агропромиздат, 1989. - 317 с.

32. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1962. - 374 с.

33. Государственный водный кадастр. Р1.Поверхностные воды. С.З. Многолетние данные. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 4.1. Реки и каналы, 42. Озера и водохранилища. Т1. РСФСР Вып.З. Бассейн Дона. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 560 с.

34. Гришанин К.В. Гидравлическое сопротивление естественных русел. -С-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992. - 182 с.

35. Демидов О.В., Сидорова А.И., Ерзин А.И. Расчёт биологических прудов с естественной аэрацией для очистки сточных вод. //Реферативная информация. Серия IX. Выпуск 6. - М.: Центральный институт научной информации Госстроя СССР, 1977.- С. 20-23

36. Долженко Л.А. Регулирование биоценоза одноиловых систем. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Ростов - на - Дону: РГАС, 1996. - 19 с.

37. Долгушев И.А. Повышение эксплуатационной надежности оросительных каналов. - М.: Колос, 1975. - 136 с.

38. Евстигнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты - М.: Издательство МГУ, 1990. - 304 с.

39. ЕНиР. Сборник Е2. Земляные работы. Вып.4. Механизированные и ручные земляные работы /Госстрой СССР,- М.: Стройиздат, 1988,- 224с.

40. Железняков Г.В., Пейч Ю.Л. Динамически устойчивые русла рек и каналов //Водные ресурсы. - 1994. - Том 21,- № 3. - С. 381-382.

41. Железняков Г.В. Пропускная способность русел каналов и рек. Л.: Гидро-

метеоиздат, 1981.-311 с.

42. Железняков Г.В. Теория гидрометрии. - 2-е изд. - Л.: Гидрометеоиздат,

1976.- 334 с.

43. Жук Г.П., Марусенко Я.И., Шабатин В.С. Влияние водной растительности на пропускную способность каналов //Гидротехника и мелиорация. - 1984. - № 6.

44. Жукински В.Н., Оксиюк О.П., Олейник Г.Н., Кожелева С.И. Проект системы комплексной оценки качества поверхностных вод //Водные ресурсы -1978. №3; -С. 83-93.

45. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод (справочное пособие). М.: Стройиздат, 1977. - 204 с.

46. Журов В.Н. Совершенствование работы искусственно аэрируемых прудов и методики их расчёта. //Водоснабжение и санитарная техника. - 1998. - № - С.10-12.

47. Заявка Великобритании № 2 182 651. Установка для очистки загрязнённой воды с использованием корневой системы растений. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55, МКИ 4 С02 Б 3/32, № 4, 1988. С. 14.

48. Заявка Германии № 40 17 825. Установка для биологической обработки сточной воды. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38, МКИ 5 С02 Б 3/22, № 9,1993. С. 11.

49. Заявка ФРГ № 08 37 12 419. Установка для биологической очистки сточных вод. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55, МКИ 4 С02 Б 3/32, 9/00 № 6,1989. С. 36.

50. Заявка Японии № 62 - 27878. Водяной канал установки для обработки сточных вод с использованием растений. /Тосиба К.К. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 И 3/32, № 6, 1988. С. 31.

51. Заявка Японии № 62 - 28719.Установка для обработки воды в флотацион-

ном канале. /Тосиба К.К. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32, № 6, 1988. С. 31.

52. Заявка Японии № 62 - 28720. Установка для очистки сточных вод с применением растений. /Тосиба К.К. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 4 С02 F 3/32, № 6, 1988. С. 31.

53. Заявка Японии № 3-34395. Способ очистки ила и загрязнённой воды с использованием риса на заливных полях. /Ниими Масаси, Ниими Масааки и др. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38, МКИ 5 С02 F 3/32, № 7, 1992. С. 37.

54. Заявка Японии № 3-46200. Способ очистки воды с использованием растений. /Накадзато Хироюки. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38, МКИ 5 С02 F 3/32, № 11, 1992. С. 31.

55. Зегжда А.П. Гидравлические потери на трение в каналах и трубопроводах. -JI.-M.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1957. - 278 с.

56. Зенин А.А., Сергеева О.В. Характеристики гидрохимического режима и качества воды р. Белой //Гидрохимические материалы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. Т. 109. - С. 20-34.

57. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: «Машиностроение», 1975. - 559 с.

58. Инструкция по гидравлическому расчету зарастающих травянистой растительностью водотоков, имеющих периодический характер использования /Лудов В.А., Масловский А.К. - Абакан: Филиал Красноярского политехнического института, 1987. - 26 с.

59. Инструкция по определению физико-химических и технологических показателей качества воды и реагентов, применяемых на водопроводах. -М.: Стройиздат, 1973. - 256 с.

60. Исследование малых рек и пойм Курской области, деформации русел, влияние хозяйственной деятельности человека на водный режим рек в це-

лях использования для орошения и восстановления водности малых рек (заключительный отчет за 1979-1980 г.г.) //Минводхоз РСФСР. ЮжНИИГиМ. Рук. Сергеев Б.И., отв. исп. Куковский Г.Г. - Шифр темы 8.3; № ГР. 81093026, инв. № Б 979048. - Новочеркасск, 1980. - 138 с.

61. Исследование вопросов турбулентной диффузии загрязняющей примеси в открытом потоке //Тр. сб. инж. гидравлики ВНИИВОДГЕО. - М.: 1973. № 13.-С. 195-205.

62. Казмирук В.Д. О роли мелководий различных типов в формировании качества воды рек и водоемов. Материалы международного конгресса «Вода: Экология и технология». Москва, 6-9 сентября, 1994. Т.1. С. 158163.

63. Карасёв И.Ф., Васильев A.B., Субботина Е.С. Гидрология,- JL: Гидрометеоиздат, 1991. - 376 с.

64. Карасёв И.Ф. Речная гидрометрия и учет водных ресурсов. - JL: Гидрометеоиздат, 1980. - 312 с.

65. Карасёв И.Ф. Русловые процессы при переброске стока. - JL: Гидрометеоиздат, 1975. - 288 с.

66. Карасёв И.Ф., Коваленко В.В. Стохастические методы речной гидравлики и гидрометрии. - Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992. - 208 с.

67. Каминский B.C., Гвоздева И.В. Об очистке сточных вод макрофитами и альгофлорой //Водные ресурсы. - 1976,- № 5. - С. 185-190.

68. Каплин В.Т. Превращение органических веществ в природных водах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук. - Иркутск, 1973. - 45 с.

69. Комиссаров C.B., Шапошникова В.А. Очистка шахтных вод с помощью высших водных растений //Водные ресурсы. - 1976,- № 5. - С. 198-204.

70. Комплексная оценка и классификация качества вод экосистемы Дуная /Созинов A.A., Алексеенко В.Д., Акимов И.А. и др. //Водные ресурсы. -Том 20. -1993.-№4-С. 554-560.

71. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. -Д.: Гидрометеоиздат, 1982. 272 с.

72. Корюкин С.Н. Регулирование пойменного потока //Труды Московского гидромелиоративного института. Т.57. Выпуск «Гидравлика, использование водной энергии и регулирование русел ». - М., 1978. - С. 75-190.

73. Красовский Г.Н., Элпинер Л.И. Принципы эколого-гигиенического регламентирования качества воды водных объектов //Водные ресурсы. - 1982.-№ 2. - С. 3-9.

74. Куликов Н.И. Применение иммобилизованных микроорганизмов для очистки сточных вод //Микробиология очистки воды. Тезисы докладов I Всесоюзной конференции. - Киев: Наукова Думка, 1982.-С. 34-38.

75. Лапшенков B.C., Отверченко Н.К., Мордвинцев М.М. Мелиорация малых и средних рек. - Новочеркасск: Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт, 1994. - 302 с.

76. Лапшенков B.C. Гидротехническая рекультивация малых и средних рек в бассейне Дона. Рекомендации. - Ростов-на-Дону: Книжное издательство, 1979. - 32 с.

77. Леонов A.B. Кинетика биотрансформации соединений органогенных элементов в природных водах (математическое моделирование и анализ закономерностей их круговорота). Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. - Ростов-на-Дону: ГХИ, 1991. - 65 с.

78. Леонов A.B., Айзатулин Т.А. Кинетика трансформации азота в природной воде //Гидрохимические материалы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. № 1. ДСП.-С. 115-125.

79. Леонов Е.А. Гидравлические характеристики и учет стока зарастающих рек. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Л.: ГТИ, 1966. - 20 с.

80. Лудов В.А. Исследования мелких, зарастающих русел с помощью мобильного гидравлического лотка//МИСИ им. В.В. Куйбышева. - М., 1980. -

28 с.

81. Лудов В.А. Исследование гидравлических сопротивлений зарастающих водотоков. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.14.09 - защищена 04.05.82., Утверждена 22.09.82. - М., 1982. -159 с.

82. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. Учебное пособие для втузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа., 1988. -239 с.

83. Ляпин В.Ю. Гидравлические сопротивления в открытых руслах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: Московский государственный строительный университет, 1994. - 42 с.

84. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Исследования открытых потоков на напорных моделях. - М.: Энергия, 1971. - 288 с.

85. Лятхер В.М., Турин И.Н. Гидравлические характеристики потоков над поверхностью, покрытой травянистой растительностью //Водные ресурсы. -1978,-№3. - С. 159 - 168.

86. Малые реки России (использование, регулирование, охрана, методы водохозяйственных расчетов). - Свердловск: Средне - Уральское книжное издательство, 1988. - 320 с.

87. Марголина Г.Л. Микробиологические процессы деструкции в пресноводных водоёмах. - М.: Наука, 1989, 120 с.

88. Марков П.П., Маркова H.A. Глубокая очистка сточных вод в биологических прудах (обзор). - М.: Госстрой СССР, Центральный институт научной информации по строительству и архитектуре, 1978. - 62 с.

89. Математическая статистика /В.М. Иванова и др. - М.: Высшая школа, 1975 - 398 с.

90. Математические модели контроля загрязнения воды /Дж. Ф. Эндрюс, К. Дж. С. Петри, Н.М.Д. Грин, Дж. Х.Н. Гарленд и др. под ред. А. Джеймса. Пер. с англ. A.A. Воинова и Н.К. Лукьянова под ред. Ю.М. Свирежева. -

М.: Мир, 1981 -472 с.

91. Меньшикова O.A., Храмцова Т.Г., Стом Д.И. Доотчистка сточных вод свиноводческих комплексов макрофитами //Водные ресурсы. - 1994. -Том 21.-№3. - С. 383 -384.

92. Мережко А.И. Эколого-физиологические особенности высшей водной растительности и их роль в формировании качества воды. Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук. - М.: МГУ, 1979. -300 с.

93. Методические указания по статистической обработке эксперементальных данных в мелиорации и почвоведении /Под ред. Г.В. Нарбекова. - Д.: Сев-НИИГиМ, 1977-274 с.

94. Милько A.A., Захарова Л.И. Роль микрофлоры Волги и некоторых северных водоемов в процессах самоочищения и биоиндикации вод //Водные ресурсы. - 1984. - № 2. - С. 94-98.

95. Мин У. Интенсификация работы биологических прудов доочистки сточных вод. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - М.: МГСУ, 1995.

96. Моделирование водохозяйственных систем (эколого-экономические аспекты) /Под ред. Пряжинской В.Г. - М.: ИВП. РАН, 1992. - 350 с.

97. Моисеенкова Т.А., Шитиков В.К. Оценка антропогенной нагрузки на водоемы с использованием потоковых моделей водоотведения //Водные ресурсы. - !990. - № 4. - С. 97 -101.

98. Мордвинцев М.М., Сиденко С.П. Натурное обследование подпорных сооружений на р. Кагальник (Азовский ) //Тезисы докладов и сообщений научно-технической конференции - Проблемы ирригации в Ростовской области. - Новочеркасск, 1995. - С. 46 - 47.

99. Морозов Н.В. Использование макрофитов для очистки стока сельскохозяйственных угодий //Водные ресурсы. -1984. -№3. - С. 131-141.

100. Морозов Н.В., Петров Г.Н. Опыты по самоочищению воды от нефти в

присутствии водной растительности //Теория и практика Биологического самоочищения загрязненных вод. - М.: Наука, 1972. - С. 42 - 46.

101. Мурашко А.И., Коваленко Э.Л., Правошинский H.A. Гидравлические методы защиты водных экосистем малых рек //Гидротехническое строительство. - 1990. - № 10. - С. 30 - 33.

102. Муравьев C.B. Метод прогнозирующих приоритетов в решении задач оптимального планирования водоохранных мероприятий //Водные ресурсы. - 1990. - № 4. - С. 102- 108.

103. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып.2, ч.2. Гидрологические наблюдения на постах. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. -264 с.

104. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып.6, ч.1. Гидрологические наблюдения и работы на реках. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978.-382 с.

105. Нгуен Тай. Исследование гидравлических сопротивлений в заросших руслах. Автореферат кандидатской диссертации. - М.: МГМИ, 1973.

106. Нгуен Тай. Гидравлические сопротивления русел с высокой шероховатостью. Автореферат диссертации доктора технических наук: 05.14.09. - защищена 22.05.84 - М., 1984. - 38 с.

107. Небел Б. Наука об окружающей среде : Как устроен мир: В 2-х томах. Т.1. Пер. с англ. -М.: Мир, 1993. - 424 с.

108. Нивелир Н-3 Паспорт. Изюмский приборостроительный завод им. Дзержинского - 28 с.

109. Об очистке сточных вод макрофитами и альгофлорой //Водные ресурсы. - 1976.-№5.-С. 185 - 190.

110. Оксиюк О.П., Стольберг Ф.В. Управление качеством воды в каналах. -Киев: Наук. Думка, 1986. -171 с.

111. Оксиюк О.П., Мережко А.И., Волкова Т.Ф. Использование высших водных растений для улучшения качества воды и укрепления берегов каналов

//Водные ресурсы. - 1978. - № 4. - С. 99 - 105.

112. Оксиюк О.П., Стольберг Ф.В., Сукач И.С., Якушин В.М., Гусак А.П. Биоплато и его применение на каналах //Гидротехника и мелиорация. -1980,- № 8.-С.66-70.

113. Ореховский А.Р. Применение тростника и камыша для биологического крепления подводных откосов песчаных дамб //Лесоводство и агромелиорация. - 1965,-№ 1. - С.114 -125.

114. Ореховский А.Р. Защитный эффект полуводных растений //Гидротехника и мелиорация. - 1982. - № 7. - С 32 - 37.

115. Отчет о научной- исследовательской работе - Оценка экологического состояния водных объектов района г. Новочеркасска по гидрохимическим и гидробиологическим показателям. Оценка качества поверхностных вод и определение ущерба водной среде района под влиянием инфраструктуры города (промежуточный отчет) НМЛ «Прогресс» х/д № 91-2. 4.1 /Научный руководитель Л.Н. Назарова. - Новочеркасск, 1991. -106 с.

116. Отчет о научно-исследовательской работе. Провести гидравлические исследования слоя орошения по широким длинным полосам /Научный руководитель к.т.н. В.А. Лудов., отв. испол. А.К. Масловский. Красноярский политехнический институт. - Красноярск, 1986. - 65 с.

117. Оценка и регулирование техногенных воздействий на окружающую среду: Учебное пособие / Хорунжий Б.И., Денисов В.В., Дирацуян В.В., Малахова Е.Б. - Новочеркасск: Набла, 1998. - 94 с.

118. Патент Германии № 40 41 242. Установка для биологической очистки сточных вод в бассейне с растительным материалом. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38 МКИ 5 С02 F 3/32, № 10, 1993. С. 2.

119. Патент США № 5 076 929. Система прудов для очистки сточных вод. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.55 МКИ 5 С02 F 3/06, №7, 1993. С. 29.

120. Патент США № 5 096 577. Способ очистки воды с помощью плавающих водных растений. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38 МКИ 5 С02 F 3/32, № 10, 1993. С. 34.

121. Патент США№ 5 106 504. Искусственные открытые водоёмы. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38, МКИ 5 С02 F 3/32, № 11, 1993. С. 37.

122. Патент Японии 4-27920. Установка для обработки воды с использованием водных растений. /Бэру Ю.Г. тэкуникару кампани. Изобретения стран мира. Реферативная информация, Вып.38, МКИ 5 С02 F 3/32, № 12, 1993. С. 21.

123. Пискунов П.О. Пособие по пуску, наладке и эксплуатации очистных сооружений водопровода. - М.: Стройиздат, 1968.

124. Перехрест B.C. Проблемы развития водохозяйственных систем малых рек //Доклады секции русловых процессов и секции водных ресурсов и водного баланса научного совета по проблеме «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» ГКНТ. Вып. 2. Современное состояние малых рек СССР и пути их использования, сохранения и восстановления. Под ред. П.Ф. Снищенко. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - С. 5-10.

125. Попов А.Н. Прогноз и регулирование качества поверхностных вод (в условиях региона Урала): Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - Ростов-на-Дону, 1992. - 262 с.

126. Практическое пособие к СП 11-101-95 по разработке раздела «Оценка воздействия на окружающую среду» при обосновании инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений. - М.: ГОССТРОИ РОССИИ, ГП «ЦЕНТРИНВЕСТ проект», 1998. - 59 с.

127. Позмогова И.Н. Культивирование микроорганизмов в переменных условиях,- М.: Наука.-1983 -С.8-34.

128. Природа, население и хозяйство Ростовской области. 4.1: Учебное пособие /Т.А. Смашна, М.И. Кизицкий, B.C. Кутилин и др. - Ростов-на-Дону:

Издательство обл. ИЧУ, 1995. - 152 с.

129. Природоохранные нормы и правила проектирования: Справочник /Сост.: Ю.Л. Максименко, В.А. Глухарев. - М.: Стройиздат, 1990. - 527 с.

130. Рауз X. Механика жидкости. - М.: Издательство литературы по строительству, 1967 - 390 с.

131. Рекомендации по экологическому сопровождению инвестиционно-строительных проектов. - М.: ГОССТРОЙ РОССИИ ГП «ЦЕНТРИНВЕСТ проект», 1998. - 31 с.

132. Репин Б.Н., Русина О.Н., Афанасьева А.Ф. Рекомендации по проектированию биологических прудов. - М.: Стройиздат, 1976. - 44с.

133. Рид Ш., Бастиан Ф., Джоуэлл В. Использование аквасистем для доочист-ки сточных вод //Гражданское строительство. - 1981,- № 6. - С. 2-7.

134. Ричардсон Э. Дж. Динамика реальных жидкостей. - М.: Мир, 1965 -328 с.

135. Роговец А.И. Санитарно-эпидемиологическая оценка состояния питьевого водоснабжения в Российской Федерации //Водоснабжение и санитарная техника. - 1998.-№ 12.

136. Родзиллер И.Д., Зотов В.М. Доочистка сточных вод предприятий нефтехимической промышленности в биологических прудах //Водоснабжение и санитарная техника. - 1972. - № 7. - С. 9-11.

137. Родзиллер И.Д. Аэрируемые биологические пруды для очистки сточных вод. //Водоснабжение и санитарная техника. - 1973.-№ 8.-С.5.

138. Родзиллер И.Д., Зотов В.М. Динамика кислорода в доочистном пруду в различные сезоны года. //«Проектирование водоснабжения и канализации», реферативная информация. Серия IV. Выпуск 3,- М.: Центральный институт научной информации Госстроя СССР, 1978. - С. 17-21.

139. Родзиллер И.Д. О расчёте аэрируемых биологических прудов для очистки сточных вод. //Водоснабжение и санитарная техника. - 1978. - № 2.

140. Родзиллер И.Д. Прогноз качества водоемов-приемников сточных вод. -

М.: Стройиздат, 1984. - 263 с.

141. Саплюков Ф.В., Шнип С.А. Биологическое крепление откосов дамб и берегов водохранилищ //Гидротехника и мелиорация.-1982.- № 7. - С. 3536.

142. Сивко Т.Н., Кондратюк В.Г. Роль фотосинтетической аэрации в процессе самоочищения водоемов Верхнего Днепра //Теория и практика биологического самоочищения загрязненных вод. - М.: Наука, 1972. - С. 88 - 91.

143. Симов В.Г. Гидрология устьев рек Азовского моря. - М.: Гидрометеоиз-дат, 1989.

144. Синёв О.П. Интенсификация биологической очистки сточных вод. - К.: Техника, 1983.- 110 с.

145. СНиП 2.06.03 - 85. Мелиоративные системы и сооружения. - М.: Стройиздат, 1986. - 60 с.

146. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения /Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 72 с.

147. Смирнова А.Н. Некоторые случаи изменения санитарного состояния рек //Теория и практика биологического самоочищения загрязненных вод. - М.: Наука, 1972. - С. 66 - 67.

148. Соколова В.А. Исследование гидравлических сопротивлений в русловых потоках повышенной шероховатости. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. -JL: ЛГМИ, 1973. - 26 с.

149. Справочник проектировщика. Водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий /Под ред. И.А. Назарова. - М.: Издательство литературы по строительству, 1967. - 382 с.

150. Серпокрылов Н.С., Долженко JI.A. Регулирование биоценоза с помощью иммобилизации на контактных носителях //Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: Международный вузовский сборник научных трудов. Выпуск 3. - Ростов-на-Дону: РГАСХМ, 1999-С. 54-57.

151. Статистическая обработка результатов экспериментов на микро-ЭВМ и программируемых калькуляторах /A.A. Костылев, П.В. Милясь, Ю.Д. Дор-ский и др. - JL: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1991. - 304 с.

152. Степнов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. - М.: Машиностроение, 1972.

153. Телитченко М.М. О возможности управления процессами самоочищения биологическими методами //Теория и практика биологического самоочищения загрязненных вод. - М.: Наука, 1972. - С. 20 -24.

154. Указания по методам расчета смещения и разбавления сточных вод в реках, озерах и водохранилищах. Под ред. Родзиллера И.Д. - М.: Издательство ВНИИВОДГЕО, 1973. - 224 с.

155. Уточненная редакция рекомендаций ВНИИ ВОДГЕО г, Харьков для завода «Атоммаш», г. Волгодонск, 1979.

156. Фальковская Л.Н. Основы прогнозирования качества поверхностных вод. -М.: Наука, 1982.-С. 68-118.

157. Францев A.B. Некоторые вопросы управления качеством воды //Теория и практика биологического самоочищения загрязненных вод. - М.: Наука, 1972.-С. 24-28.

158. Хинце И.О. Турбулентность, её механизм и теория. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. - 680 с.

159. Хованский А.Д. Геохимия аквальных ландшафтов. - Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1993.-240 с.

160. Чернышов A.A. Очистка шахтных вод Донбасса растительностью и прудами-накопителями //Водные ресурсы, 1979. № 2. - С. 173 -178.

161. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. - М.: Стройиздат, 1969. - 464 с.

162. Чугаев P.P. Гидравлика (техническая динамика жидкости) 4-е изд. - М.: Энергоиздат, 1982. - 672 с.

163. Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 640 с.

164. Эйнор Л.О. Ботаническая площадка - биоинженерное сооружение для доочистки сточных вод //Водные ресурсы. - 1990. - № 4 - С. 149 - 161.

165. Эйнор Л.О. Значение высшей водной растительности в самоочищении природных вод //Проблемы охраны природы. - Батайск: Издательство Института экологической токсикологии Минбумпрома СССР, 1984. -С. 35 -37.

166. Эйнор Л.О. Особенности формирования кислородного режима и рН природной воды под влиянием погруженной растительности в условиях Ивановского водохранилища //Водные ресурсы. - 1984. - № 2. -С. 122-131.

167. Эйнор Л.О., Багоцкий С.В. Макрофиты в бассейне Иваньковского водохранилища в разных условиях воздействия антропогенного пресса //Водные ресурсы. - 1993. - № 5. Том 20. - С. 587 -594.

168. Эйнор Л.О. Макрофиты в экологии водоема. - М.: ИВП РАН, 1992. -256 с.

169. Яковлев С.В. Проблемы очистки сточных вод //Водоснабжение и санитарная техника.-1994,- № 7,- С. 2-3.

170. Boyd С.Е. Vascular aquatic plants for mineral nutrient removal from polluted waters //Econ. Bot. 1970. V. 24. № 1. P 95-103.

171. Gersberg R.M., Elkins B.V., Lyon S.R., Goldman C.R. Role of aquatic plants in wastewater treatment by artiflcal wetlands //Water Res. 1986. V. 20. № 3. P. 363-368.

172. Seidel R. Makrophytes and water purification //Biological control of water pollution /Ed. Tourbier J., Pierson R.W. //Philadelphia, P.A.: Univer. Of Penns. Press, 1976. P.123-132.

173. Flow structure in and above the virious heights of a saitmarsh conopy: A laboratory flume study /Syi. Z., Pethick J.S., Рус. К. //Coast. Res. - 1995-11, № 4. P.1204- 1209.

174. Gersberg R.M., Elkins B.V. N-removal in artifical wetlands //Water Res. 1983. V.17. № 9. P.1009-1014.