Методы управления источниками поверхностного стока в странах Европы и возможность их применения в Санкт-Петербурге

Одним из главных источников загрязнения природных водоемов являются сточные воды, формируемые на урбанизированных территориях. Так называют любые воды, в том числе и выпадающие в виде атмосферных осадков, которые отводятся с территории населенных пунктов и промышленных предприятий системой труб или каналов (система канализации) [1-3].

Современный город представляет собой среду со значительным процентом непроницаемых для атмосферной влаги покрытий (покрытия дорог и тротуаров, стоянок автотранспорта, промышленных территорий, крыш зданий). Это приводит к тому, что объем поверхностного стока, формируемого на территории города, значительно превышает объем поверхностного стока, формируемого в естественных ландшафтах, где существенная часть влаги впитывается в почву, а также расходуется растениями. Измененный гидрологический режим города может производить в 5 раз больше поверхностного стока, чем, например, эквивалентная территория, занятая лесом [4-7]. Более того, поверхностный сток на урбанизированной территории в процессе своего формирования накапливает значительное количество примесей [8-12].

Санкт-Петербург – крупный мегаполис, расположенный на берегу Финского залива с развитой промышленной и транспортной инфраструктурой. Масштабы города определяют степень его ответственности за состояние Балтийского моря перед международным сообществом - участниками Хельсинкской Конвенции 1992 года. [13-16].

Сегодня в Петербурге проходят очистку 98,5% всех стоков Прогноз роста осадка. На очистных сооружениях обеспечена очистка в полном соответствии с рекомендациями Хельсинкской комиссии по защите Балтики. Одним из крупнейших экологических проектов, направленных на прекращение сброса неочищенных сточных вод в водоемы города, стало строительство Главного канализационного коллектора северной части города. Благодаря Главному коллектору в систему коммунальной канализации переключено 76 прямых выпусков неочищенных хозяйственно-бытовых, общесплавных сточных вод расходом 334 тыс. м3/сут, раньше вся эта грязь оказывалась в Неве и Финском заливе [17-24].

Мероприятий по переключению прямых выпусков и прекращению сброса неочищенных сточных вод в водные объекты описаны в статье «Перспективы отведения и очистки поверхностного стока в Санкт-Петербурге», более того в ней подробно изучены технологические решения по очистке общесплавного и хозяйственно-бытового стока до требуемых показателей качеств [15].

В статьях [25-33] говорится о том, что все больше городов в нашем мире берут на себя инициативы борьбы со сбросом неочищенных сточных вод в водные объекты города, для улучшения экологической обстановки в городах, а также для присвоения им статуса Smart city. Концепция Smart city включает в себя большое количество мер и методов по улучшению экологической обстановки на урбанизированных территориях и, конечно, большую роль в этой концепции занимает отчистка сточных вод от различных видов загрязнений [34-43].

В монографии Дегтярева Г. В., Свистунова Ю. А. приведены сведения об источниках загрязнения поверхностных вод и земли. Рассмотрели методы и технические средства борьбы с загрязнениями. Привели теоретические и экспериментальные исследования средств очистки воды, которые позволяют оптимизировать как конструктивные параметры устройств, так и технологии на их основе в целом [44].

Прогноз роста осадка (от текущего уровня в 648 до 766 мм в год) был отмечен Артемом Павловским на круглом столе «Сотрудничество ЕС и РФ в области низкоуглеродного энергетического будущего: перспективы и возможности», более того эти данные подтверждает книга Алексеева Г. В. «Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации [45,46].

Рост городов, уменьшение площади зеленных насаждений, увеличение количества осадков ведет к возрастанию объема сточных вод, а также к росту нагрузки на систему городской канализации и очистные сооружения, что влечет за собой:

• -    перегруз систем канализации;

• -    сокращению сроков эксплуатации оборудования для очистки [47-57].

Поэтому важно разработать ряд мероприятий, для предотвращения данных негативных последствий, обратившись к опыту стран Европы.

Целью данной обзорной работы состояла в отборе существующих и перспективных стратегий сокращения объемов и загрязнений поверхностного стока для г. Санкт-Петербурга.

Construction of Unique Buildings and Structures, 2018, №2 (65)

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• -    рассмотреть методы сокращения объемов поверхностного стока и его очистки;

• -    изучить опыт управления поверхностными стоками на примере стан Европы.

• 2.    Методы управления поверхностным стоком в странах Европы

На сооружения для обработки осадков приходится до половины всех затрат на строительство и эксплуатацию современных очистных сооружений[58,59]. Отсюда понятно, какое значение имеют правильный выбор методов очистки и сокращения количества сточных вод, а также грамотный выбор системы управления поверхностными стоками.

Большое количество поверхностных стоков – проблема мегаполисов стран Европы в связи с характерным для них большим потоком автомобилей и уменьшением площади фильтрационных поверхностей из-за увеличения непроницаемых для атмосферной влаги покрытий покровов [60-63].

Руководство Санкт-Петербурга поддерживает концепцию Smart city,которая заключается в создании города. с наименьшим влиянием на окружающую среду, а значит целесообразно рассмотреть опыт управления поверхностным стоком на примере стан Европы. [64-68].

Директива Европейского парламента и Совета 2007/60/ЕС от 23 октября 2007 г. с ее строгими требованиями к качеству поверхностных стоков делает применение методов контроля источников важным [69-71].

Контроль в месте образования предусматривает комплекс мер по сокращению объема образующегося поверхностного стока либо предотвращение его образования. Контроль в месте сброса стока представляет собой разработку разнообразных очистных сооружений, располагаемых на выходе из коллектора дренажной ливневой канализации [72-74].

В схеме 1 собраны методы управления источниками поверхностного стока, применяемые в странах Европы [75-83]

Схема 1. Методы управления источниками поверхностного стока

С учетом сложности процесса формирования поверхностного стока и большого числа факторов, оказывающих влияние на его состав, выбор оптимальной комбинации методов очистки должен предусматривать решение ряда вопросов [84-86]:

• 1)    возможность достижения требуемого уровня очистки и эффективности для достижения заданного уровня очистки;

• 2)    стоимость эксплуатации и технического обслуживания требуемых сооружений;

• 3)    особенности водосборной территории, учет имеющихся ограничений (наличия свободных территорий, доступность для служб технического обслуживания и т.п.);

• 4)    социальные вопросы (эстетика, безопасность);

• 5)    возможности смягчить другие по следствия урбанизации, случайные воздействия на окружающую среду и текущее состояние створа и водосбора [87].

Эффективное управление поверхностным стоком, образующимся на урбанизированных территориях, возможно только при учете всех особенностей его формирования на данной территории и должно быть направленно как на предотвращение подтоплений и перегрузок дренажной системы, так и на предотвращение попадания в окружающую среду загрязняющих веществ, т.е. на уменьшение объема стока и увеличение емкости дренажной сети, с одной стороны, и на снижение загрязненности стока с другой [88, 89].

Важно обратиться к опыту стран Европы, которые уже давно ведут политику по очищению и управлению поверхностными стоками, для грамотного выбора системы управления для города

Санкт-Петербурга [90].

Опыт управления поверхностными стоками на примере стан Европы [91-99]

Швеция

В Швеции существуют государственные компании, которые отвечают за энергетические, транспортные, водные и канализационные сети и т. д. В Стокгольме были построены дорогие очистные сооружения, которые улучшили качество окружающих вод, но в настоящее время местное правительство решает внедрить методы контроля источников во все новые проекты. В целях содействия использованию методов контроля источников с владельцев собственности берется плата за ливневую воду (на 1 м² непроницаемой поверхности).Если владелец собственности реализует методы контроля источника, он платит меньше. Уличный департамент также оплачивает эти сборы. Департамент канализации активно рекламирует новые методы контроля и предлагает техническое руководство владельцам недвижимости. Новые проекты строительства и реабилитации включают экспериментальные применения методов контроля источников (ограничения в строительных материалах, повторное использование ливневых вод, эстетические городские каналы и т. д.).

Дания

Дания имеет почти идентичную систему государственных компаний, которые организуют городское развитие в данной области. Для финансирования управления ливневыми стоками на национальном уровне налоги на отвод вод были разделены на две части: 60% - на управление канализационными стоками и 40% - управлению ливневыми стоками. В некоторых городах были построены очистные сооружения, но большинство из пользователей выбрали построенные водно-болотные угодья и пруды, чтобы улучшить экологическое качество городских потоков. Муниципалитеты и местные власти пытаются внедрить в каждый крупный проект новые способы и методы управления источниками, разработанные с помощью передовых научных институтов. С аналогичной целью водопроводные департаменты предлагают стимулы для собственников: более низкие затраты на дренаж, возмещение 40% платы за подключение дренажа (что составляет 1760 евро в Копенгагене) и техническую помощь. В настоящее время проводятся компании в области общественного информирования.

Нидерланды

В Нидерландах муниципалитеты и отрасли платят взносы водным компаниям в соответствии со сбросами загрязняющих веществ. Применение этой политики вынудило многие муниципалитеты построить новые очистные сооружения с возможностью обработки как сточных вод, так и ливневых вод. Некоторые из них предпочли параллельно осуществлять отключение ливневой канализации от канализационной сети. Эти проекты оказались успешными, и в новой национальной политике предусматривается отключение

20% существующих городских районов от канализационной сети, сохранение ливневых вод в сельских районах и использование методов контроля источников во всех новых городских проектах. Муниципалитеты реализуют проекты по контролю за источниками, организуют общественные информационные кампании, предлагают техническое руководство и финансовую помощь владельцам домов, которые хотят отключиться от канализационной сети. Ливневая вода имеет гораздо лучшее качество, чем вода в хозяйственно-бытовой канализации, и поэтому предпочтительнее использовать ее повторно.

Германия

В Германии федеральная система позволяет каждой области выбирать свою собственную политику. Например, область Северного Рейна-Вестфалии требует внедрения методов контроля ливневых вод во все новые проекты и предлагает финансирование исследований, генеральных планов ливневых вод и инфильтрации. Деньги собираются у муниципалитетов и водохозяйственных компаний, которые предлагают техническое руководство для муниципалитетов в отношении методов контроля источников и координации управления ливневыми стоками. Муниципалитет, в сотрудничестве с его водной компанией, является ключевым действующим лицом, которое внедряет контроль методов в общественных местах и поощрения их в частном секторе.

В Дрездене водная компания собирает налоги на основе непроницаемой поверхности имущества от владельцев недвижимости и муниципалитета (последний облагается налогами на дорогах). Дрезден повторно использует дождевую воду для хозяйственных нужд и организовывает общественные кампании по продвижению методов контроля источников. Водная компания предлагает техническое руководство по внедрению методов управления источниками в частной собственности. Инфильтрация и повторное использование ливневых вод для садоводства и уборки улиц довольно популярны в Германии.

Франция

Во Франции, согласно Закону 1992 года о воде, муниципалитеты должны определить будущие зоны стока на их территории. Было доказано, что существующие удерживающие бассейны очень дороги, поэтому муниципалитеты, уезды и межмуниципальные службы в настоящее время предпочитают небольшие местные проекты. Специальное разрешение должно быть выдано по всем важным проектам, касающимся сброса дождевой воды, искусственной инфильтрации и создания непроницаемых участков более 5

гектаров. Городские власти потребовали от землевладельцев применять методы управления источниками, чтобы обеспечить долгую работу системы канализации. Лигузская агломерация решила, что наилучшие результаты с наименьшими затратами могут быть достигнуты путем создания прудов и построенных водно-болотных угодий в пригородных районах. По этой причине городские муниципалитеты будут совместно финансировать установки с районными муниципалитетами. Крупные координаторы, такие как Водные агентства, округа и регионы, спонсируют методы контроля источников в существующих городских районах и пилотные проекты.

Великобритания

В Соединенном Королевстве большинство городских проекто полностью управляются частными компаниями. Региональные компании п водоснабжению и канализации были полностью приватизированы в 1989 год Все новые городские проекты должны гарантировать долгосрочно управление ливневыми стоками. Агентству по охране окружающей сред необходимо сопоставить зоны наводнений и установить местные ограничени на сброс сточных вод (5-10 л/га), на которые они дают разрешения и собираю годовые платежи от пользователей. Сборы снижаются, если разработчик следует техническом руководству Агентства (например, использование построенных водно-болотных угодий и объекто инфильтрации). Затем муниципалитеты могут назначать более строгие обязательства пере разработчиками. Окончательные критерии являются результатом переговоров между разработчико муниципалитетом, канализационной компанией и Агентством по охране окружающей среды. Многи муниципалитеты часто требуют экологичных «зеленых» методов контроля источников (небольши построенные водно-болотные угодья, «зеленые» крыши, дождевые сады и т.д.), реабилитаци канализационных потоков и повторного использования ливневых вод.

Данный обзор информации о методах управления поверхностными стоками в некоторых европейских странах показывает, что все они двигаются в одном направлении на уровне государственной политики в решении вопроса поверхностных стоков (структурные и неструктурные методы, см. схему 1).

Санкт-Петербург также движется в направлении регулирования сточных вод. Так в конце 2013 года правительство Санкт-Петербурга совместно с ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" приняло Схему водоснабжения и водоотведения на период до 2025 года, согласно которой к 2020 году будет полностью прекращен сброс неочищенных хозяйственно-бытовых, общесплавных сточных вод в водные объекты города. Более того, правительство Санкт-Петербурга подготовило ряд мер, для того чтобы достичь максимального результата [20]:

— завершение модернизации существующих и строительство новых канализационных очистных сооружений. Выполнение этих работ позволит исключить отрицательное воздействие водоема и обеспечит выполнение рекомендаций Хельсинкской комиссии по защите Балтийского моря;

• —    переработка осадка сточных вод, складированного на полигонах «Северный» и «Волхонка», до экологически безопасного состояния. В результате будет исключено негативное воздействие этих полигонов на окружающую среду, исчезнет источник неприятного запаха, улучшится качество жизни горожан на соседних территориях;

• —    строительство коллекторов-дублеров и кольцующих тоннельных коллекторов, а также реконструкция коллекторов и канализационных сетей. Это повысит надежность системы канализации;

• —    создание системы управления канализацией Санкт-Петербурга. Это обеспечит развитие системы измерений количества и качества стоков с автоматизацией управления канализационными сетями, тоннельными коллекторами, насосными станциями и очистными сооружениями, а также - повысит энергоэффективность;

— подключение к централизованной системе водоотведения потребителей как на вновь развиваемых территориях (в том числе – граничащих с городом областных территориях), так и 70 исторически сложившихся территориях городских пригородов (где сейчас система централизованного водоотведения отсутствует). Для этого будут построены сети и объекты централизованной системы водоотведения, включая канализационные насосные станции (разделение систем ливневой и хозяйственно-бытовой канализации).

В таблице 1 мы видим правовой статус водопроводных и канализационных компаний, ответственных за управление городскими поверхностными стоками.

Таблица 1. Правовой статус водопроводных и канализационных компаний, контролирующих поверхностные стоки в странах Европы и в г. Санкт-Петербург

	Государственные        Некоммерческие             Частные
Швеция Дания Нидерланды Германия Франция Великобритания Санкт-Петербург	+                          + +                          + +                          + +                                                       + +                                                       + + +                                                       +

В таблице 2 показаны используемые финансовые средства для обеспечения управления городскими ливневыми водами в странах Европы в сравнение с Санкт-Петербургом.

Таблица 2. Используемые финансовые средства для обеспечения управления городскими ливневыми водами в странах Европы и в г. Санкт-Петербург

	Гос. финансирование	Сборы, зависящие от расхода воды	Сборы, зависящие от выбросов загрязняющих веществ	Сборы, зависящие от непроницаемости поверхности
Швеция	+	+		+
Дания	+	+
Нидерланды	+		+
Германия	+	+		+
Франция	+			+
Великобритания		+	+
Санкт-
Петербург	+	+

Опыт рассмотренных стран указывает на то, что очистные сооружения очень дороги. Лучший способ сократить расходы - это интегрировать методы управления источниками в городские проекты и иметь многофункциональные объекты очистки.

Переход от общесплавной системы канализации к городским интегрированным методам управления источниками нелегкий. Все рассмотренные страны Европы столкнулись со значительными трудностями:

• •    большие усилия по налаживанию сотрудничества с заинтересованными сторонами (дорожные службы, службы парков, градостроители, архитекторы и т. д.) и гражданами.

• •    введение городской гидрологии в мениципалные проекты.

• •    интегрирование новых специалистов в сферу водоканала (градостроители, инженеры по охране окружающей среды, специалисты по связям с общественностью и т. д.).

• 3.    Заключение

Но, несмотря на это, цель была достигнута благодаря: новому законодательству, системам контроля и санкций муниципальными органами власти, финансированию исследовательских и экспериментальных проектов, проведению информационных кампаний, технической и финансовой помощи со стороны государства.

В современных городских условиях поверхностный сток является значимым источником загрязнения водоемов. Существует большое разнообразие разработанных методов контроля поверхностного стока с урбанизированных территорий, которые уже давно применяются в странах Европы.

Как видно, правительство Санкт-Петербурга уже запланировало некоторые мероприятия по улучшению водоотведения на территории города (Схема водоснабжения и водоотведения на период до 2025 года), такие как:

• —    подключение к централизованной системе водоотведения потребителей как на вновь развиваемых территориях, так и на уже существующих;

— создание системы управления канализацией Санкт-Петербурга;

• —    реконструкция и строительство очистных сооружений поверхностного стока (Пулково-3);

— обновление и строительство уличной сети раздельной дождевой системы водоотведения.

Все это, безусловно, улучшит положение вещей по этому вопросу, но не решит проблемы перегруза систем канализации и уменьшение сроков эксплуатации оборудования для очистки из-за высокой нагрузки. Как показывает опыт европейских стран, в большинстве случаев оптимальным (экономичным) является не очистка образующегося стока, а контроль или предотвращение его образования, или применения не одного, а целого комплекса мер. Именно поэтому важно непосредственно применять широкомасштабные методы управления ливневыми стоками и контроля источников для Санкт-Петербурга, а именно:

— реализовывать пилотные проекты в области контроля поверхностных стоков (исследования, новые разработки);

— сокращать использование загрязняющих веществ;

— вести государственное регулирование;

— использовать информационные кампании и различные экономические льготы для побуждения многих собственников к осуществлению сбора ливневых вод;

— реализовывать методы управления поверхностными стоками при разработке новых территорий;

— внедрять структурные методы управления источниками поверхностного стока для большинства территорий Санкт-Петербурга (см. схему.1);

— применять крупномасштабный сбор ливневых вод для муниципального использования (уборка улиц).

Методы управления источниками поверхностного стока (структурные и неструктурные) могут предложить экономически эффективное регулирование ливневыми стоками, одновременно защищая городские водоемы. Все это позволит сэкономить на строительстве мощных очистных сооружений, а также увеличении пропускной способности существующей канализационной сети.

Важно обратить внимание, что при выборе метода необходимо руководствоваться как характеристиками территории, сток с которой должен быть подвергнут очистке, так и характеристиками самого стока и особенностями выбранного метода, что дает поле для новых исследований.