Задание 3 Расчет разбавления в реках, озерах и водохранилищах

Сточные воды подразделяют на бытовые, производственные и атмосферные (дождевые). Загрязнения, содержащиеся в сточных водах, бывают минерального, органического и бактериального происхождения и могут находиться в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях. Степень загрязненности сточных вод определяют по ряду показателей санитарно-химического анализа. Для оценки работы сооружений механической очистки сточных вод основными показателями являются БПК (биохимическое потребление кислорода, бихроматная окисляемость), ХПК (химичсеское потребление кислорода, перманганатная окисляемость), содержание биогенных элементов (соединений фосфора, серы, азота), реакция среды, температура.

Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необходимым для окисления всех содержащихся в воде восстановителей. На практике окисление пробы сточной воды производится раствором бихромата калия в серной кислоте. Под БПК подразумевается количество кислорода (в миллиграммах), необходимое для окисления в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов органических веществ, содержащихся в 1 литре сточной воды. Определение БПК производят на основе анализа изменения количества растворенного кислорода с течением времени. На практике используют пятисуточное биохимическое по­требление кислорода – БПК5. Известно, что для одних и тех же сточных вод ХПК всегда больше БПК. При этом, если отношение БПК/ХПК>0,5, сточные воды следует направлять на сооружения биологической очистки. В противном случае их подвергают физико-химической обработке.

Для нормального хода процесса биологической очистки необходимо присутствие в водах биогенных элементов – азота и фосфора. По СНиП 2.04.03-85 содержание азота и фосфора должно удовлетворять соотношению БПК:N:Р= 100:5:1. Для контроля за ходом процесса очистки в случае необходимости определяют содержание в воде токсичных веществ, которые не должны превышать предельно допустимых концентраций (ПДК). К таким веществам относят ртуть, свинец, кадмий, цианиды, ПАВ и др.

Чтобы предотвратить нарушение кислородного режима в водоеме в результате сброса очищенных сточных вод, определяют содержание растворенного кислорода в воде водоема, которое регламентируется «Правилами охраны поверхностных вод от заг­рязнения сточными водами».

Количество загрязнений, находящихся в бытовых сточных во­дах, по отдельным ингредиентам определяют по табл. 25 СНиП 2.04.03-85. Зная норму водоотведения q, л/сут, и количество загрязнений а, приходящихся на 1 чел/сут, можно вычислить содержание их в единице объема сточных вод, т.е. их концентрацию в мг/л:

Р = а × 1000/q

В современных городах сточные воды промышленных предприятий поступают в городскую канализационную сеть, поэтому в городах воды обычно смешанные – смесь бытовых и производственных. Концентрацию загрязнений, содержащихся в городских сточных водах, поступающих на очистные сооружения, определяют по уравнению:

Рсм = (РбытQбыт+ΣРпрQпр) / (Qбыт+ ΣQпр)

где Рбыт, Qбыт – концентрация загрязнений и расход бытовых сточных вод, г/м³; Рпр, Qпр – концентрация загрязнений и расход производственных сточных вод отдельных предприятий, г/м³.

Для расчета разбавления в средних и больших реках наибольшее распространение получил метод Фролова-Родзиллера. Коэффициент смешения определяют по формуле:

a = (1 – e – α³L)/1 + (Q/q)e – α³L

где Q – расход воды (при 95 %-ной обеспеченности) в створе реки у места выпуска сточных вод, м³/с; q – расход сточных вод, м³/с; L – длина русла от места выпуска сточных вод до расчетного створа, м; а – коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения.

Коэффициент α вычисляют по формуле:

где ξ — коэффициент, учитывающий место расположения выпуска (для берегового выпуска ξ=1, для руслового ξ=1,5); φ – коэффициент извилистости русла, определяемый как отношение длины русла от выпуска до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между этими сечениями по прямой; Е – коэффициент турбулентной диффузии, который находят по формуле:

Е=vсрНср/200

где vср – средняя скорость течения воды в реке на участке между выпуском и расчетным створом, м/с; Нср – средняя глубина реки на том же участке, м.

Для определения кратности разбавления в расчетных створах следует применять формулу:

n=(aQ–q)/q

Согласно «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» расчетным створом называют створ, рас­положенный на проточных водоемах на 1 км выше по течению от ближайшего пункта водопользования (водозабор для хозяйствен­но-питьевого водоснабжения, места купания и организованного отдыха, территория населенного пункта и т.п.), а на непроточных водоемах и водохранилищах — створы на расстоянии в 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

Для расчета разбавления сточных вод в озерах и водохранили­щах можно пользоваться методами М.А.Руффеля и Н.Н.Лапшева.

Метод Н.Н.Лапшева применим для рассеивающих и сосредоточенных выпусков при скорости истечения сточных вод более 2 м/с. По этому методу предполагается, что выпуск находится на некотором удалении от берега, а глубина в месте устройства выпуска составляет более 30 диаметров выпускного отверстия. Наименьшее разбавление, наблюдающееся на расстоянии от места выпуска сточных вод в озеро или водохранилище, определяют по формуле:

n = A(0,2L/d0)ps

где A – параметр, определяющий изменение разбавления при применении рассеивающего выпуска (при сосредоточенном выпуске A = 1); L – расстояние от места выпуска до расчетного створа; d0 – диаметр выпускного отверстия; P – параметр, зависящий от степени проточности водоема и нагрузки сточных вод на него; S – параметр, определяемый относительной глубиной водоема.

Если известна скорость течения в озере или в водохранилище, то

Р = vn/(0,000015v0 + vn)

где vn – скорость течения в озере или в водохранилище, м/с; v0 – скорость истечения из выпуска, м/с.

Параметр S зависит от глубины Н в месте выпуска и вычис­ляется по формуле:

S=0,325H/{360+(vn/v0)105}+0,875

Расчет необходимой степени очистки сточных вод

Водоемы обладают самоочищающей способностью, что следует учитывать при проектировании очистных сооружений и определении необходимой степени очистки. Необходимую степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, находят по следующим показателям: количество взвешенных веществ, потребление растворенного кислорода, допускаемая БПК смеси речных и сточных вод, изменение активной реакции воды, а также предельно допустимые концентрации токсических примесей и других вредных веществ.

В «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» выделяют две категории водоемов: водоемы питьевого и культурно-бытового водопользования и водоемы, используемые в рыбохозяйственных целях. Водоемы питьевого и культурно-бытового водопользования делятся на два вида: первый – участки водоемов, используемые в качестве источника для централизованного и нецентрализованного питьевого водоснабжения, а также водоснабжения предприятий пищевой промышленности; второй – участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также водоемы, находящиеся в пределах населенных пунктов. К какому виду водопользования относится данный участок водоема, определяют органы Государственного санитарного надзора. Водоемы для рыбохозяйственных целей также подразделяются на два вида: первый – водоемы, используемые для воспроизводства и сохранения ценных пород рыб; второй – водоемы, используемые для других рыбохозяйственных целей. Вид рыбохозяйственного использования водоема определяется органами рыбоохраны.