Главная  Материалы 

 

Теоретические основы метода биофильтрации

 

Пространственная организация города традиционно зиждется на трех основных его функциях: работе, жилище и отдыхе. В задачу градостроителей входит рациональное объединение этих функций в единый городской организм.

 

На первом этапе советского градостроительства, в период интенсивной индустриализации приоритет отдавали местам приложения труда и город представляли как производственно-хозяйственный комбинат с налаженными связями между жильем и промышленностью. Поэтому его планировочную структуру оптимизировали, исходя из минимизации трудовых перемещений. Бытовала практика концентрации промышленности в специальных зонах с близко расположенным жильем, отделенным санитарной зоной. Наряду с этим в крупных городах промышленность располагали дисперсно, используя свободные территории и вводя в ткань города.

 

Позднее усилили внимание социальному фактору, что стимулировало построение городов на основе ступенчатой системы культурно-бытового обслуживания. Жилые группы, микрорайоны и жилые районы формировали, исходя из принципов доступности учреждений обслуживания различного ранга. Промышленность изолировали от жилья защитными санитарными полосами, обеспечивали гигиенический режим в застройке.

 

Дорожно-транспортную сеть рассматривали как планировочный каркас города. Такой трактовке способствовало освоение новых земель для организации промышленных зон и территориально не связанных с ними жилых массивов. Это привело к увеличению протяженности транспортных коммуникаций от места расселения до мест приложения труда и, как следствие, росту значимости городского транспорта.

 

Позже градостроительные концепции эволюционировали в сторону большей значимости передвижения, экологии и социальных факторов. Новые функции города определились как население, природа, работа и передвижение. Пространственную структуру города стали представлять как все усложняющуюся социально-экономическую систему, обладающую целым комплексом функциональных связей и имеющую тенденцию перманентного развития, как живой организм. В этот период город формируют, создавая открытые системы и рассматривая трудовые перемещения в тесном взаимодействии со всеми видами культурных и бытовых. Планировочные элементы города стали понимать как оптимальное сочетание жилых, промышленных, обслуживающих и социально-культурных функций, объединенных в производственно-селитебные районы.

 

Этому процессу содействует изменение сущности труда. Индустриальная составляющая в структуре городского населения сокращается за счет подмены физического труда умственным и роста персонала сферы социально-бытового обслуживания.

 

В мире происходит интеллектуализация общества, когда наметилось качественно новое его состояние, названное информационной цивилизацией. Как следствие, градообразующая база последовательно меняет свою функцию. Центр тяжести материального производства постепенно смещается. Умственный потенциал населения используют в науке, информационном процессе, научном обслуживании производства, образовании и подготовке кадров. В формировании пространства крупного города важную роль приобрели научные и научно-производственные комплексы, не представляющие экологической опасности и размещаемые вблизи жилой застройки.

 

Выделили две планировочные модели: первая, дискретная, в которой промышленно-селитебные районы с небольшими производствами расположены на периферии, и вторая, где промышленность сконцентрирована в нескольких укрупненных зонах значительной протяженности, а селитьба расположена между ними или параллельно.

 

Населенные пункты рассматривали как составляющие единой планировочной системы агломерации, в которой отдельные части теряют изолированность и дополняют друг друга. За счет развитого культурно-просветительного сектора и многоотраслевой промышленности с местами приложения труда разнообразного профиля крупный город-метрополия притягивает жителей более мелких поселений. С другой стороны, он может передавать часть своих функций городам-сателлитам, например ночной или активный загородный отдых, развернутую сеть развлечений и даже часть кооперированной промышленности, включая филиалы крупных предприятий.

 

Город становится наделенным двойными функциями, с одной стороны, внутригородскими, а с другой —агломерационными. Тогда его пространственно-планировочная структура подчиняется этим функциям и планировочные элементы дифференцируются по назначению. В их сущности отражают преимущественное использование территорий.

 

Еще одно направление становится приоритетным. Это реконструкция, которой стали отдавать предпочтение. По возможности сокращать объемы строительства на свободных территориях и более рационально использовать природные земельные ресурсы.

 

В условиях реконструкции центров городов, насыщенных ист©рически ценными зданиями и ансамблями, к крупномасштабным изменениям планировочных структур подходят с осторожностью. Тем более что в современном большом городе возможна интеграция функций в таких планировочных зонах, как комплексные территориальные районы. В них жилые образования, тяготеющие к производству, сочетаются с развитым общественным обслуживанием, располагаемым в особой полифункциональной подзоне районных центров. Этому теоретически должно предшествовать директивное перепрофилирование предприятий в сторону безотходных производств и создания научно-производственных комплексов, не оказывающих существенного влияния на загрязнение окружающей среды.

 

В последние годы начинает работать экономико-правовая система, при которой за загрязнение окружающей среды взимаются весьма высокие штрафы, сопоставимые с инвестициями во внедрение устройств, снижающих выбросы до уровня ПДК. Это стимулирует предприятия не только на внедрение таких устройств, но даже перепрофилизацию производства.

 

В крупных городах системы общегородского центра многофункциональны. В нем объединяются не только места приложения труда — административно-управленческие и социально-бытовые учреждения, но и размещаются жилые комплексы. Такая интеграция функций центра препятствует восприятию застройки в нерабочее время как «мертвого города».

 

Изменение назначения и создание многофункциональных систем при всей тактичности подхода неизбежно влечет за собой трансформацию застройки, снос и строительство новых зданий, а это вступает в определенное противоречие с установкой на сохранение исторического наследия. Поэтому градостроители предлагают использовать третье измерение, широко осваивать подземное пространство. Считается, что размещение под землей сооружений не нарушает облик старой застройки -— это перспективное направление, способное смягчить проблему.

 

При разработке планировочной структуры и территориальном зонировании города исходят из предпосылки большой и все возрастающей подвижности населения, интенсификации движения и насыщенности улиц транспортом. Поэтому в основу градостроительных решений закладывают инженерно-планировочную систему, создаваемую для обеспечения перевозок и называемую транспортной инфраструктурой. Во взаимоувязке планировочной и транспортной структур города определяют приоритетные для интенсивного освоения территории. Транспортное обеспечение влияет и на выбор места расположения важнейших объектов общегородского значения, производства и селитьбы.

 

Городские магистрали, линии общественного уличного и внеуличного транспорта являются наиболее стабильными элементами планировки и в силу этого предопределяют геометрию плана города, закрепляют зоны оптимальной транспортной доступности, высокой концентрации городских функций и следовательно населения. В силу высокой стоимости эта инфраструктура обладает большой инерцией и по прошествии времени может не соответствовать динамике развития транспорта. Тем более что она трудно поддается прогнозированию, а действующие нормативы усреднены и оторваны от конкретной транспортной ситуации, сложившейся в данном городе.

 

Задача создания транспортной инфраструктуры особенно сложна в реконструируемом городе, где транспортную схему приходится накладывать на систему существующих улиц и магистралей, увязывать со сложившейся инфраструктурой внешнего транспорта агломерации. В такой ситуации ищут компромисс, но всегда стараются вывести транзитные пути из центра города. Предусматривают объездные магистрали на периферии и организовывают резервные емкости для отстоя транспорта, не допущенного в запретные зоны.

 

Уже в восьмидесятых годах признали, что сложность создания транспортной инфраструктуры заключается в том, что она должна быть жизненна на любом этапе развития города. В противном случае часть этой системы может быть не реализована или потребуется существенная ее корректировка. Обычно такие решения носят паллиативный характер и связаны с сиюминутными требованиями эксплуатации, но не способны коренным образом изменить условия функционирования систем, тем более на перспективу.

 

Градостроители установили, что и другим идеям, закладываемым в генеральные планы городов, не суждено было воплотиться в жизнь. И это несмотря на действующую в то время систему жесткого планирования и централизованного инвестирования.Тогда наметилась тенденция разработки динамичных постоянно развивающихся моделей городов, в которых предусматривали альтернативы развития. На этой базе осуществлялся переход от разработки жесткого генплана к гибкой проектно-планировочной системе.

 

Такая тенденция завоевывала все большее признание под действием еще одного наименее изученного тогда аспекта пространственно-планировочной организации городских территорий. Это проблема сосуществования человека и природы.

 

Активная социально-хозяйственная деятельность в городах связана с интенсивным давлением на природную среду, а ее загрязнение приводит к падению эффективности этой деятельности, поэтому в обществе сформировалось представление о единстве экономических и экологических интересов.

 

В развитие этого тезиса в градостроительстве устоялась концепция создания антропоэкологических инфраструктур. Под этим подразумеваются единые системы культивированных и природных городских ландшафтов, включающих застройку, дорожно-транспортные системы и промышленность, парковые комплексы и натуральные зеленые массивы, искусственные и естественные водные бассейны. Борьба с загрязнением окружающей среды в результате градостроительного освоения не может быть эффективна без создания планировочно цельных инфраструктур, в которых хозяйственная деятельность сочетается с формированием комплекса мероприятий, направленных на сохранение и улучшение природной среды.

 

Основная цель таких структур заключается в обеспечении экологически устойчивой ситуации на территориях города и постоянного уровня выбросов, не превышающего ресурса природы к самовосстановлению. Существует два пути сокращения давления на окружающую среду. Во-первых, технологические и технические мероприятия, направленные на совершенствование производства и машинного парка, во-вторых, градостроительный, суть которого заключается в блокировании вредного воздействия производств и автотранспорта методами планировки и благоустройства.

 

Не исключая необходимости разработки безотходных технологий, новых типов двигателей и энергоисточников, остановимся на втором пути. Для сокращения потребления ресурсов территории наметилась тенденция концентрации производства на базе комбинированной и кооперированной промышленности. Такой метод создает предпосылки устройства единых очистных сооружений, комплексных защитных зон вокруг промышленной и в конечном счете экономической эффективности экологических мероприятий. Однако он чреват локальным повышением уровня загрязнения среды вследствие суммирования выбросов.

 

Альтернативная тенденция пространственной организации производства — ее децентрализация. В результате может быть обеспечено равномерное повышение уровня фонового загрязнения, не превышающего нормативного. Однако при этом возрастают затраты на природоохранные мероприятия, увеличивается потребление территориальных ресурсов, труднее создавать защитно-охранные пояса вокруг промышленной зоны. Кроме того, возможна постепенная аккумуляция вредных выбросов по всей площади города, способная привести к качественным сдвигам в экологической ситуации.

 

Давление на окружающую среду городского транспорта имеет много аналогий с промышленностью. Концентрации потоков автомобилей на магистралях городского и районного значения можно противопоставить рассредоточение потоков по многим улицам и переулкам. Возникают те же проблемы выбросов: локально-линейных в первом случае и дисперсных во втором. На загазованность воздушного бассейна накладывается существенное влияние еще одного фактора — шума. Его распределение по всей площади города недопустимо, а создание шумозащитных полос вдоль многих улиц невыполнимо, поскольку требует значительных территорий.

 

Оба направления пространственной организации производства и транспортных потоков несут в себе положительные и отрицательные свойства. Поэтому при разработке антропоэкологических инфраструктур необходим сравнительный анализ возможных подходов к планировочно-градостроительным решениям, основанный на оценке проблем противостояния природного комплекса и промышленно-транспортного давления города.

 

Отошло в прошлое стремление получить неограниченные выгоды от существующих заводов и фабрик путем простого экстенсивного наращивания производства, когда остальная инфраструктура города становится второстепенной и подчинена развитию градообразующей базы.

 

Изложенные выше градостроительные концепции закладывались в генеральные планы городов. Несмотря на перманентное проектирование и корректировку эти планы по-прежнему фиксируют картину желаемого и намеченного к реализации в будущем, через определенное время — 5—10, а иногда и 20—25 лет. Проектирование ведется по приведенной на 1.1 схеме, дающей наглядное представление о последовательности процесса разработки генерального плана.

 

Последовательность проектирования генерального плана развития города по традиционной схеме

 

Такая схема действенна, если решения опираются на контрольные цифры мощности градообразующей базы и численности населения, утвержденные Госпланом страны. Градостроительное проектирование в этом случае созвучно официальной идеологии государственного планирования экономического и социального развития страны, тем более что генпланы были подкреплены централизованным финансированием.

 

Сейчас, когда финансовая поддержка на федеральном и региональном уровне сокращена до предела, градостроительное регулирование должно быть обеспечено на новой основе. Российские градостроители склоняются к радикальному пересмотру методики проектирования. Предполагается, что планировочная концепция должна быть обобщенной и главное гибкой, допускающей многовариантность. Она основывается на возможности выбора альтернатив в рамках принятого регламента функционального использования территории и других ресурсов, в том числе антропогенных. Принципиальная идея такого планирования развития городов была разработана на западе еще в шестидесятых годах. Тогда ученые рекомендовали концентрировать усилия градостроителей на двух направлениях: определение целей развития и альтернативных путей их осуществления; рассмотрение возможных последствий и оценка результатов с позиций достижения намеченных целей. Сторонники таких методов подчеркивали необходимость непрерывного мониторинга, контроля определенных параметров и их сравнения с намеченными при разработке. В результате есть возможность последовательной корректировки системы.

 

Профессиональный состав группы советников при градостроительном планировании и разработке генеральных планов (по Р. Леггерту):

 

1 — участие необходимо; 2 — участие желательно; 3 — участие необязательно

 

Блок-схема разработки «гибкого» генерального плана с учетом возможности корректировки его составляющих в зависимости от спроса-предложений участников градостроительного процесса и ограничений на их деятельность в городе (предложение И.М. Смоляра)

 

В странах с устоявшейся рыночной экономикой для контроля имеются две основные возможности. Это право контроля государственных инвестиций, прежде всего в такие элементы инфраструктуры, как дороги, общественные сооружения и здания социально-бытовой сферы. Вторая — юридическое право поощрять участие частного сектора в развитии города и градообразующей базы или применять санкции при не отвечающем намеченным целям землепользовании и невыполнении заложенных в концепцию мероприятий, обеспечивающих охрану окружающей среды.

 

Характерным примером такого подхода является сводный план развития г. Шеффилда, рассчитанный на 10 лет и разработанный в 1991 г. Этот план охватывает весь город и им предусмотрено не только концептуальное решение проблемы использования сложившихся территорий, но и расширения города с возведением новой застройки.

 

Таким образом на стратегическом уровне определена градостроительная политика для города в целом. Даны рекомендации по отраслевым направлениям развития, состоящие из таких разделов, как городская среда, зеленые насаждения, отдых и рекреации, жилище, общественное обслуживание и торговля, транспорт, промышленность и бизнес, территории смешанного использования, загрязнение, вывоз и утилизация отходов.

 

Условия реализации на локальном уровне планировки, касающемся каждой из частей городской территории, базируются на разработанном механизме градостроительного регулирования. Его суть заключается в ограничениях на использование участков земли и предоставление отводов, изменение функций и уплотнение застройки в зависимости от принятой концепции развития города. Особо выделены зоны, нуждающиеся в первоочередном обновлении и специальном режиме реконструкции, где инвестиции поощряются административно-правовым сопровождением, в том числе уменьшением налоговых отчислений.

 

Для решений этих вопросов создаются представительные группы советников. Рекомендуется, например, включать в такие группы до 30 специалистов в разных областях профессиональной деятельности (см. 1. . Их работа заключается в поиске компромиссов при решении локальных градостроительных задач. Это особенно важно для создания надлежащих условий жизни социально незащищенных слоев населения и здесь необходимо соглашение между учреждениями самоуправления, разработчиками и инвесторами. В экономически развитых странах одобрение проектных предложений достигается путем публичного обсуждения.

 

Аналогичная система способна функционировать и в России, но с адаптацией к сложившимся у нас условиям. С этих позиций заслуживает рассмотрения разработанный академиком архитектуры И.М. Смоляром алгоритм поэтапного создания комплексной концепции планировочного развития города. В нее изначально закладывается взаимоувязка целевых прогнозов по отдельным функциональным подсистемам жилого образования, что подтверждает схема на 1.3.

 

Метод предполагает создание динамичной модели, не ориентированной на достижение равновесия к расчетному периоду, что в принципе нереально. Более эффективной представляется разработка другой модели, в которую заложена корректировка способов и целей развития в зависимости от действительного «поведения» рассматриваемого городского образования или его части.

 

Биофильтр состоит из следующих частей: фильтрующей загрузки, помещенной в резервуар круглой или прямоугольной формы в плане; водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра; дренажного устройства для удаления очищенной сточной воды; вентиляционного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

 

Биологический фильтр (биофильтр) сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической плёнкой (биоплёнкой), образованной колониями микроорганизмов ( 12. .

 

1 подача сточных вод; 2 водораспределительное устройство; 3 фильтрующая загрузка; 4 дренажное устройство; 5 очищенная сточная вода; 6 вентиляционное устройство

 

Толщина образующейся биоплёнки зависит от гидравлической нагрузки, концентрации органических веществ, от пористости и удельной поверхности загрузочного материала, влияния внешней среды и многих других факторов.

 

Процессы сорбции и деструкции загрязнений сточных вод в биологических фильтрах во многом сходны с процессами очистки сточных вод в других сооружениях биологической очистки, и, в первую очередь, в сооружениях почвенной очистки на полях орошения и полях фильтрации. Процессы биологического окисления органических загрязнений в биофильтрах протекают значительно интенсивнее за счёт увеличенной пористости загрузочного материала, по сравнению с пористостью почв.

 

1 Схема биологического фильтра:

 

Отработавшая и омертвевшая плёнка смывается и выносится из тела биофильтра протекающей сточной водой. Необходимый для биохимического процесса кислород поступает в толщу загрузки путём естественной или искусственной вентиляции фильтра ( 12. .

 

До настоящего времени до конца не раскрыты процессы, протекающие в различных слоях биоплёнки, взаимовлияние анаэробного и аэробного слоев на эффективность функционирования сооружения. Вместе с тем известно, что толщина анаэробного слоя значительно больше аэробного. В нормально работающем биофильтре общая толщина слоя биоплёнки может составлять от микрон в верхних его слоях до 3-6 мм в нижних.

 

1 Схема обмена веществ в элементарном слое биофильтра: анаэробный слой биопленки; аэробный слой биопленки; слой сточной воды

 

Фильтруясь через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворимые примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической плёнкой. Под термином «фильтрация» не следует упрощенно понимать только процессы механического процеживания сквозь толщу загрузочного материала. Биофильтр это сооружение биологической очистки с фиксированной биомассой, закреплённой на поверхности среды-носителя (загрузочного материала), которая осуществляет процессы извлечения и сложной биологической переработки загрязнений из сточных вод. Микроорганизмы биоплёнки в процессе ферментативных реакций окисляют органические вещества, получая при этом питание и энергию, необходимые для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как материал для увеличения своей массы. Таким образом, в процессе метаболических реакций происходит преобразование загрязнений в простые соединения (вода, минеральные соединения и газы), в результате из сточной воды удаляются органические загрязнения, проходят процессы денитрификации и увеличивается масса активной биологической плёнки в теле биофильтра.

 

Экосистема биофильтр отличается устойчивым равновесием, то есть способностью за счет саморегулирования возвращаться в исходное состояние по пропускной способности и эффективности работы после отклонений от стабильного режима в результате воздействия окружающей среды и условий функционирования. Показателем жизнестойкости системы является большое разнообразие видового состава биоплёнки.

 

Биофильтр, как и любой биоокислитель, представляет собой открытую экологическую систему, ограниченную в пространстве. Экосистема биофильтра состоит из двух сред живой (биоценоз биоплёнки) и неживой (конструктивная часть биофильтра, компоненты движущихся жидкой и газовой фаз). Биологическая плёнка, как живая среда экосистемы биофильтра, обеспечивается питанием и энергией посредством изъятия и переработки загрязнений сточной воды.

 

Эффективность и пропускная способность биофильтров зависит от многих факторов: влияния окружающей среды, состава и режима сточных вод, эксплуатации, конструкции биофильтров, видового состава биопленки и др.

 



Песколовки. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. "шлягер" каркаса. Систематизация факторов. Системы водоотведения на подтапливаемых территориях. Склады арматурной стали. Скользящая опалубка.

 

Главная  Материалы 



0.0048