Расчет уровней загрязнения водных объектов сточными водами

Охрана поверхностных водных объектов от загрязнения подразумевает прогнозирование полей загрязнения, которые создают сточные воды после их поступления в водоем или водоток, сравнение расчетных концентраций в контрольном створе с гигиеническим или рыбохозяйственным (в зависимости от категории водопользования) регламентом. Эти расчеты проводятся в рамках обоснования экологического норматива на воздействие (загрязнение) водного объекта, называемого проектом предельно допустимого сброса (ПДС).

Методология разработки нормативов ПДС изложена в нормативно- методических документах. В них содержатся алгоритмы расчета норм предельно допустимого сброса для трех случаев сброса сточных вод:

  • а) в водотоки (реки, каналы);
  • б) водоемы (озера, водохранилища);
  • в) прибрежные зоны морей.

В данном подпараграфе мы рассмотрим лишь наиболее распространенный случай, когда водоприемником является водоток. Как уже было сказано, при сбросе сточных вод в водотоки нормы качества поверхностных вод должны соблюдаться, начиная с контрольного створа вплоть до пункта водопользования. А для водотоков рыбохозяйственного назначения — начиная с контрольного створа на протяжении всего участка водопользования данного вида. Расположение контрольного створа в каждом конкретном случае устанавливается территориальным органом водоох- раны, но не далее чем в пятистах метрах вниз по течению от места выпуска сточных вод.

Несколько особняком стоит случай, когда для какого-либо вещества фоновая концентрация в контрольном створе уже превышает ПДК. Тогда величину ПДС устанавливают исходя из нормативных требований к качеству самих сточных вод. Если же фактический сброс какого-либо загрязняющего вещества меньше расчетного ПДС, то в качестве ПДС принимается фактический сброс.

Для расчета нормативов ПДС необходимы следующие данные:

  • а) сведения о гидрологических характеристиках водотока (объемном расходе воды, скорости течения в месте расположения оголовка выпуска, коэффициенте смешения);
  • б) сведения о гидрохимических характеристиках водотока (фоновой загрязненности воды всеми загрязняющими веществами, содержащимися в нормируемых сточных водах, в месте расположения контрольного створа);
  • в) данные об объемном расходе сточных вод, диаметре оголовка и осевой скорости истечения струи сточных вод;
  • г) сведения о фактическом (предполагаемом) составе сточных вод.

В случае если фактический (предполагаемый) сброс каких-либо веществ превышает расчетные значения ПДС для них, то предприятие-водопользователь обязано разработать и выполнить программу мероприятий для достижения уровня ПДС. На время выполнения данных мероприятий по этим веществам устанавливается временный норматив, так называемый лимит на сброс — временно согласованный сброс (ВСС) — на уровне фактического (предполагаемого) сброса.

Для любого загрязняющего вещества величина ПДС, г/с:

где q — объемный расход сточных вод, м3/с; СпдС — допустимая концентрация |-го ЗВ в сточных водах, мг/л.

Как правило, значение q задано технологическими соображениями (0,1—0,4 м3/с), поэтому расчет ПДС сводится к расчету величины СПдС.

В наиболее общем, реальном случае (в рамках гак называемого бассейнового подхода), когда приходится учитывать:

  • а) наличие на всем протяжении реки сотен водопользователей, сбрасывающих в нее загрязняющие вещества десятков наименований;
  • б) наличие поверхностного стока с больших площадей;
  • в) множества прочих факторов,

расчет ПДС становится крайне сложной задачей, решить которую под силу лишь на базе мощной ЭВМ с использованием специального программного обеспечения.

Однако в учебных целях рассмотрим наиболее простую ситуацию — расчет предельно допустимого сброса для отдельного выпуска сточных вод. В основе расчета величины ПДС i-ro ЗВ лежит простое уравнение

где яобщ — кратность общего разбавления сточных вод; ПДК, — предельно допустимая концентрация i-ro ЗВ в воде водотоков данного типа водопользования, г/м3 (мг/л); Сф/ — фоновая концентрация i-ro ЗВ в воде реки в контрольном створе, создаваемая сбросами всех вышерасположенных на данном водотоке водопользователей, г/м3 (мг/л).

Следует отметить, что уравнение (6.19) не учитывает фактор неконсер- вативности вещества, т.е. тот факт, что некоторые ЗВ за время добегания воды в водотоке от выпуска до контрольного створа из-за химических превращений изменяют свою концентрацию. Для неконсервативных веществ уравнение (6.19) следует модифицировать:

где k — фактор консервативности, сут-1; t — «время добегания» воды в водотоке от места выпуска до контрольного створа (время, в течение которого водная масса в реке проходит данное расстояние), сут.

Кратность общего разбавления гг.

где пи кратность начального разбавления; п0 кратность основного разбавления.

При этом кратность начального разбавления (пн Ф 1) следует учитывать лишь для напорных (сосредоточенных и рассеивающих) выпусков в двух случаях:

а) если

где UCT = Aq/nd2 средняя скорость истечения сточных вод из оголовка выпуска, м/с; d — диаметр оголовка, м; [7р — скорость течения реки (водотока) в месте расположения оголовка, м/с;

б) если

Во всех остальных случаях пи= 1.

Для напорных выпусков кратность начального разбавления определяют так: сначала вычисляются вспомогательные параметры

где U0 скорость истечения воды на оси струи сточных вод на выходе из оголовка, м/с.

Далее по номограмме рис. 6.5 определяют вспомогательный параметр G, после чего по номограмме рис. 6.6 находят искомую величину пн.

Следующий шаг — расчет кратности основного разбавления загрязненной струи в водотоке:

где у — коэффициент смешения; Q — расход воды в водотоке, м3/с.

Номограмма для определения вспомогательного параметра G

Рис. 6.5. Номограмма для определения вспомогательного параметра G

Номограмма для определения коэффициента начального разбавления п„

Рис. 6.6. Номограмма для определения коэффициента начального разбавления п„

Безразмерный коэффициент смешения у зависит от ряда характеристик водотока: извилистости русла, места выпуска сточных вод, коэффициента турбулентной диффузии, расстояния до контрольного створа, наличия ледостава и др. В наших расчетах для упрощения будем считать у заданной величиной.

Итак, рассчитав пп и /г0, с учетом Сф и q можно рассчитать величину СПдс/ по каждому веществу, сбрасываемому из данного выпуска в водный объект. Однако это еще не окончательное решение, поскольку в воде водотока может оказаться другое загрязняющее вещество с тем же лимитирующим показателем вредности (ЛПВ).

Особенность задачи заключается в том, что она имеет несколько решений. В самом деле, можно добиться цели, например, в два раза сократив сброс обоих веществ; либо, при неизменном сбросе первого, в четыре раза сократить сброс второго и т.д. Как видно, число решений бесконечно. Наилучшим решением будет то, которое позволит достичь цели с минимальными финансовыми издержками. Иными словами, приходится искать оптимальное решение эколого-экономической задачи.

Таким образом, если в воде водотока находится несколько ЗВ с одинаковым ЛПВ, основное уравнение выглядит так:

где Сдоп/ — допустимая концентрация /-го вещества в контрольном створе.

Иначе говоря, в случае наличия в сточных водах и водотоке загрязняющих веществ с общим ЛПВ при нормировании сброса вместо значения ПДК веществ используются величины Сдош- (меньшие, чем ПДК,). Значения Сдоп/ можно задавать произвольно, однако при этом должно быть соблюдено условие

(суммирование следует проводить по всем загрязняющим веществам, входящим в группу с общим ЛПВ, и по всем ЛПВ). В качестве СПдС, принимаются значения, полученные по уравнению (6.27).

В учебных целях положим, что через два выпуска сточных вод в водоток сбрасываются:

  • — выпуск № 1 — хозяйственно-бытовые стоки жилых и административных зданий;
  • — выпуск № 2 — поверхностные (ливневые, либо талые, либо поливомоечные) сточные воды.

Кроме того, примем, что фоновая загрязненность воды в контрольном створе составляет 10% от величины ПДК для всех ЗВ, содержащихся в сточных водах, а для взвешенных веществ — 2,0 мг/л.

На нервом этане рассчитывается СПдС для каждого загрязняющего вещества, содержащегося в сточных водах, независимо от других, по формуле (6.19). Для этого:

  • 1) принимают необходимые исходные данные:
    • а) но мощности и составу сточных вод, гидрологическим характеристикам реки — из своего индивидуального варианта,
    • б) значения ПДК и ЛПВ — из табл. 6.5;
  • 2) рассчитывают значение СпдС/для каждого вещества, независимо от наличия других веществ в воде:
    • а) вычисляют вспомогательные параметры т, F,
    • б) по рис. 6.5 определяют параметр G,
    • в) но рис. 6.6 находят значение пн,
    • г) по формуле (6.25) рассчитывают параметр п0,
    • д) по формуле (6.21) — величину по6щ.

На втором этапе необходимо учесть возможный эффект суммации (только для веществ с одинаковым ЛПВ). В итоге следует сделать вывод, можно ли принять фактический сброс всех загрязняющих веществ в качестве ИДС/. Если по какому-либо веществу это невозможно, необходимо обосновать величину Сдош-, удовлетворяющую соотношению (6.28).

Расчеты следует выполнить для двух выпусков сточных вод.

Таблица 6.5

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воде

водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового

водопользования1

Наименование загрязняющего вещества

ПДК мг/л, (г/м3)

ЛПВ[1] [2]

Взвешенные вещества

< 0,75 к фону

рыбохоз.

Аммоний-ион

0,5

токе.

Фосфаты

0,2

сан.

Хлориды

300

сан.-токс.

бпк20

3,0

рыбохоз.

Нефтепродукты

0,05

рыбохоз.

СПАВ

0,1

токе.

Практические задания

Исходные данные, необходимые для выполнения работы, содержатся по вариантам в табл. 6.7.

Отчет о выполнении работы должен содержать:

  • а) исходные данные своего варианта;
  • б) ход вычислений;
  • в) результаты расчетов в форме итоговой табл. 6.6;
  • г) выводы о возможности принять фактический сброс в качестве НДС.

варианта

Наименование загрязняющего вещества

Величина СПЛо мг/л

Параметр В

Величина ПДС, г/с

Выпуск № 1

Выпуск № 2

Таблица 6.7

Варианты индивидуальных заданий

Номер

вари

анта

Выпуск

Вид

сточных вод

Расход воды в реке <2. М3

Диаметр

оголовка

выпуска

Дм

Скорость течения реки Up, м/с

Скорость на оси струи U0,

м/с

Параметр у

1

№ 1

-

1450

0,25

1,72

1,9

0,038

№2

Талые

0,2

1,65

1,7

2

Ха 1

-

561

0,45

0,96

1,21

0,069

№2

Ливневые

0,33

1,03

1,56

3

№ 1

-

1035

0,45

1,07

1,21

0,069

№ 2

Талые

0,41

0,98

1,33

4

№ 1

-

2633

0,38

1,47

2,69

0,055

Ха 2

Поливо

моечные

0,35

1,32

1,68

5

Ха 1

-

986

0,4

2,11

3,64

0,079

Ха 2

Ливневые

0,37

2,04

2,77

6

Ха 1

-

3602

0,3

0,86

1,03

0,044

Ха 2

Поливо

моечные

0,42

0,91

1,33

7

Ха 1

-

1005

0,2

1,31

1,86

0,041

Ха 2

Талые

0,34

1,24

2,06

Номер

варианта

Выпуск

Вид

сточных вод

Расход воды в реке <2. м3

Диаметр

оголовка

выпуска

Дм

Скорость течения реки ?/р, м/с

Скорость на оси струи U0, м/с

Параметр у

8

№ 1

777

0,45

1,74

3,18

0,073

№2

Ливневые

0,4

1,59

2,88

9

№ 1

4335

0,3

0,88

1,42

0,066

№ 2

Поливо-

моечные

0,26

1,09

1,7

10

№ 1

2225

0,43

1,95

2,91

0,028

№2

Талые

0,28

1,76

2,65

11

№ 1

3612

0,32

1,41

1,63

0,034

№2

Ливневые

0,42

1,51

1,77

12

№ 1

1447

0,33

1,98

2,87

0,023

№ 2

Ливневые

0,24

2,14

3,02

13

№ 1

1501

0,4

1,23

1,77

0,071

№ 2

Поливомоечные

0,32

1,02

1,46

14

№ 1

1885

0,28

1,97

2,56

0,066

№ 2

Талые

0,45

2,22

3,9

15

№ 1

2013

0,41

2,01

2,12

0,052

№2

Талые

0,39

1,78

1,85

16

№ 1

2143

0,35

1,82

1,78

0,048

№ 2

Талые

0,27

2,05

i,6

17

№ 1

1504

0,45

1,46

1,61

0,037

№ 2

Ливневые

0,31

1,03

1,46

18

№ 1

998

0,27

1,46

1,41

0,054

№2

Талые

0,42

1,98

1,33

19

№ 1

1455

0,28

1,47

1,69

0,055

№ 2

Поливомоечные

0,22

1,28

1,77

20

№ 1

2222

0,24

2,22

2,64

0,062

№ 2

Ливневые

0,37

1,88

1,94

21

№ 1

2057

0,34

1,81

1,45

0,039

№2

Поливо-

моечные

0,21

2,03

1,71

Номер

вари

анта

Выпуск

Вид

сточных вод

Расход воды в реке <2. м3

Диаметр

оголовка

выпуска

Дм

Скорость течения реки t/p, м/с

Скорость на оси струи U0, м/с

Параметр у

22

№ 1

-

986

0,24

1,88

1,54

0,062

№2

Талые

0,31

1,74

1,83

23

№ 1

-

1207

0,43

2,11

2,87

0,034

№ 2

Ливневые

0,39

2,05

2,91

24

№ 1

-

4227

0,34

1,24

1,42

0,043

№2

Поливо-

моечные

0,29

0,98

1,55

25

№ 1

-

1118

0,22

1,85

2,91

0,061

№2

Талые

0,41

1,77

2,82

  • [1] Извлечения из ГН 2.1.5.1315—03 (ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования) и ГН 2.1.5.1316—03 (ОДУ химическихвеществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования).
  • [2] ЛПВ: сан.-токс. — санитарно-токсикологический; сан. — общесанитарный; токе. — токсикологический; рыбохоз.— рыбохозяйственный.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >