3.1.2. Процессы в водоемах при сбросе сточных вод электростанций

Водосистемы в целом – это сложные экологические системы существования биоценоза (сообщества живых организмов растений и животных), а также биотопа (неживой окружающей среды), между которыми устанавливаются обмен солнечной энергией, теплом, газами, водой, минеральными и органическими веществами, на двух – трех различных уровнях биотопа, в том числе на: поверхности воды; в толще воды; на дне.

Живые обитатели водоемов (гидробионты, подразделяющиеся на планктон, способный противостоять течению воды, и нектон, не способный к этому) ведут борьбу за существование, в первую очередь пищу, либо синтезируя органические вещества из неорганических соединений окружающей среды, либо усваивая готовые органические вещества.

Растения водоемов, используя фотосинтез, выделяют кислород, но основная часть кислорода поступает в водоем путем аэрации при контакте поверхности воды с воздухом.

Микроорганизмы (бактерии) интенсифицируют процесс минерализации органики при ее окислении кислородом.

Основными процессами естественного самоочищения загрязненных водоемов являются: осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей; окисление органических смесей; окисление минеральных примесей кислородом; нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости воды водоема , приводящая к изменению ее рН; гидролиз ионов тяжелых металлов, приводящий к образованию малорастворимых гидроокисей и выделению их из воды; установление углекислотного равновесия в воде, сопровождающегося выделением твердой фазы (СаСО3) или переходом ее части в воду.

Эти процессы зависят от гидробиологической и гидрохимической обстановки в водоемах. Основными факторами являются: температура воды; минералогический состав примесей и их концентрация; концентрация кислорода; рН воды. Особенно большое значение имеет кислородный режим водоема. Расход кислорода на минерализацию органических веществ определяется через биохимическое потребление кислорода (БПК) (мг О₂/сутки), обычно пятисуточной (за пять суток) или полной (для полного завершения процесса) потребностью кислорода. В случае большого дефицита кислорода происходит накопление и загнивание органических веществ (анаэробные процессы).

Действие токсичных веществ проявляется в зависимости от их концентраций: при больших концентрациях наступает гибель гидробионтов; при меньших изменяется обмен веществ, темп развития, мутагенез, потеря способности к размножению

Для гидробионтов наиболее благоприятен показатель рН=6.5 – 8.5. Однако его нельзя считать постоянной величиной, он колеблется даже в течение суток – ночью вода насыщается и рН падает, днем наоборот.

Температура воды также оказывает мощное воздействие на биоценоз – через скорость протекания химических реакций, с другой стороны – через скорость восстановления дефицита кислорода, ускоряя эти процессы с ростом температуры.

Согласно «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» водоемы подразделяются на хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения; водоемы для централизованного питьевого водоснабжения; водоемы для купания, спорта и отдыха; рыбохозяйственные водоемы, в том числе водоемы для сохранения и воспроизводства ценных пород рыб с высокой чувствительностью к кислороду (>6 мг/кг) и для других пород рыб (>4 мг/кг)

Соответственно этим правилам устанавливаются нормативные требования к составу и свойствам воды каждой категории.

В связи с тем, что воздействие даже одной примеси может проявиться в зависимости от ее концентрации, при установлении ПДК в водоемах ориентируются на минимальную (подпороговую) концентрацию по одному из следующих показателей:

• ППК органолептических характеристик (цвет, вкус, запах)

• ППК санитарного режима водоема (БПК, О₂, рН)

• ППК токсического воздействия

Значение ПДК(мг/кг), представляющие интерес для энергетики, даны в табл.15.

Таблица 15.

Величины ППК для водоемов различного назначения

Загрязняющее вещество	Для водоемов хозяйственно-бытового назначения		Для рыбохозяйственных водоемов
	ППК по санитарно-токсикологическому показателю
Аммиак	-	0.05
Ванадий	0.1	-
Гидразин	0.01	-
Железо	0.5	-
Медь	0.1	0.01
Мышьяк	0.05	0.05
Никель	1	0.01
Нитраты (по азоту)	10	-
Полиакриламид	2	-
Ртуть	0.005	-
Свинец	0.1	0.1
Уротропин	0.5	-
Формальдегид	0.5	-
Фтор	1.5	-
	ППК по общесанитарному показателю
Аммиак (по азоту)	2	-
Хлор активный	-	-
Цинк	1	-
Серной кислоты соли	500	-
	ППК по органолептическому показателю
Нефть высокосернистая	0.1	-
Нефть и нефтепродукты в растворе и эмульсии	0.5	0.05
Фенолы	0.001	0.001

При одновременном сбросе нескольких токсичных веществ должно выполняться требование

(31)

Режимы сброса сточных вод могут быть единовременными, периодическими, непрерывными с постоянным расходом, непрерывными с переменным расходом, случайными.

Величина предельно-допустимого выброса (ПДВ) примесей в водных стоках рассчитывается для конкретных условий разбавления (смешения) на основе балансовых и гидродинамических представлений:

(32)

где – концентрация примесей в сточных водах до выпуска в водоем в расчетном стоке, - фоновая концентрация в водоеме, - кратность разбавления в расчетном отводе, - кратность начального разбавления до выпуска.

Время, необходимое при длительной аэрации растворов с целью окисления примесей, определяется из кинетического уравнения:

(33)

в виде

(34)

где к – константа потребления кислорода, С₀- начальная концентрация примесей.