Разбавление примесей в гидросфере

Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.

Необходимая степень очистки сточных вод

Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы регламентируются Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами и Правилами санитарной охраны прибрежных районов морей, содержащими указания по предупреждению и устранению загрязнения производственными сточными водами поверхностных водоемов — рек, озер, искусственных каналов, водохранилищ и морей.

Приведенные в Правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах — на 1 км в обе стороны от пункта водопользования. При выпуске в рыбохозяйственные водоемы к сточным водам предъявляются более высокие требования, чем при выпуске их в водоемы, используемые для питьевых и социально-бытовых нужд населения.

Состав и свойства воды в рыбохозяйственных водоемах должны соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (наличие течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска — не далее чем в 500 м от места выпуска.

При разбавлении сточной воды распространение примесей в воде при ее спуске в водоемы подчиняется законам диффузии, но ввиду малых величин коэффициентов диффузии примесей в водной среде их перенос осуществляется в основном молекулярной диффузией.

Сущность массообменных или диффузионных процессов заключается в переносе вещества путем диффузии из одной фазы в другую до достижения равновесия. Основным видом процессов массопереноса примесей в воде водоемов является смешение и массообмен между потоками жидкости.

Нормативы состава и свойств воды водоемов включают нормируемые значения для следующих параметров воды водоемов: содержание плавающих примесей и взвешенных веществ, запах и привкусы, окраска и температура воды, реакция pH воды, состав и концентрации минеральных примесей и растворенного в воде кислорода, биохимическая потребность воды в кислороде, состав и предельно допустимая концентрация (ПДК) ядовитых и вредных веществ, болезнетворных бактерий, радиоактивные вещества.

Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие каждого вещества. При нормировании качества воды в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения используют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический. Для водоемов рыбохозяйственного назначения наряду с указанными используют еще два вида ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный.

Условия спуска сточных вод при совместном присутствии в них нескольких вредных веществ выражаются в том, что сумма концентраций всех веществ, выраженных в долях от соответствующих ПДК для каждого вещества в отдельности, не должна превышать 1. Суммарный эффект воздействия на санитарное состояние водоема нескольких вредных веществ определяют по формуле.

(15.1).

где С₁, С₂, …, С_i — концентрации вредных веществ в воде водоема; с_1п.д, с_2п.д, …, с_iп.д — ПДК, установленные для соответствующих вредных веществ в воде их источника.

Если это условие не соблюдается, то санитарное состояние водоема не удовлетворяет нормативным требованиям и необходимо осуществить мероприятия по повышению эффективности очистки сточных вод перед их спуском в водоем.

Кроме расчета ПДК загрязнения (вредного вещества) в спускаемых сточных водах определяют необходимую степень очистки по количеству взвешенных веществ, БПК_полн, растворенному в воде водоема кислороду, температуре воды водоема, общесанитарному показателю вредности, по изменению активной реакции воды с учетом коэффициента смешения m для проточных и коэффициента разбавления n для непроточных водоемов.

Допустимое содержание взвешенных веществ С_в в спускаемых сточных водах в соответствии с санитарными правилами может быть определено из уравнения.

(15.2).

откуда.

(15.3).

где m — коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода воды в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе; Q — расход воды в водоеме; q — расход сточных вод, поступающих в водоем; р — допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод (в зависимости от вида водопользования), г/м³; b — содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод, г/м³.

Необходимая степень очистки D по взвешенным веществам, %:

(15.4).

где С_в.н — количество взвешенных веществ в сточной воде до очистки, г/м³.

В основу расчета необходимой степени очистки по БПК_полн положено изменение степени загрязненности путем разбавления сточных вод водой водоема, а также за счет биохимических процессов самоочищения сточных вод от органических веществ.

Баланс БПК смеси речной и сточной воды в расчетном створе (без учета реаэрации) выражается уравнением.

(15.5).

где L_CT — БПК_полн сточной жидкости, которая должна быть достигнута в процессе очистки; L_p — БПК_полн речной воды до места спуска сточ­ных вод; L_п.д — предельно допустимая БПК_полн смеси речной и сточ­ной воды в расчетном створе; k_ст и k_р — константы скорости потребле­ния кислорода соответственно сточной и речной водой; t — продол­жительность перемещения воды от места спуска сточных вод до рас­четного пункта, сут, равная отношению расстояния по фарватеру l_ср от места спуска сточных вод до расчетного пункта к средней скорости течения воды в реке на данном участке.

Отсюда.

(15.6).

Если фактическая БПК_полн подлежащей сбросу сточной воды L_a >> L_ст, то вода до выпуска в водоем должна быть очищена. Необхо­димая степень очистки Э, %, определяется выражением.

(15.7).

Наиболее простой способ из существующих способов расчета не­обходимой степени очистки по растворенному в воде водоема кисло­роду основан на учете поглощения сточными водами только того рас­творенного кислорода, который содержится в речной воде выше мес­та спуска сточных вод:

(15.8).

где - концентрация растворенного кислорода в речной воде выше места спуска сточных вод, г/м; k — коэффициент пересчета БПК_полн, определяемый лабораторным путем, в БПК₂; - мини­мальная концентрация растворенного кислорода, которая должна со­храниться в воде водоема ниже места спуска сточных вод, г/м³.

Допустимая концентрация сточных вод при этом условии.

(15.9).

Если полученная величина L_ст меньше расчетной концентрации в проектируемых к спуску в водоем сточных водах, то последние долж­ны быть очищены до концентрации органических загрязнений по БПК_полн, равной концентрации L_ст.

Необходимую степень очистки по температуре воды водоема оп­ределяют в соответствии с санитарными требованиями, ограничи­вающими повышение летней температуры воды за счет термальных загрязнений сточных вод, поступающих в водоем. Это условие опи­сывается уравнением.

(15.10).

где Т_ст — максимальная температура сточных вод, при которой со­блюдается санитарное требование относительно температуры воды в расчетном створе; Т_р — максимальная температура воды водоема до места выпуска сточных вод в летнее время; Т_д — допустимое повыше­ние (не более чем на 3 °С) температуры воды водоема.

Необходимую степень очистки по общесанитарному показателю вредности следует находить для наиболее трудно извлекаемого из сточных вод компонента. Концентрация же этого вещества в расчет­ном створе С_в должна быть.

(5.11).

Если условие необходимой степени очистки будет выдержано для этого вещества, то эффект очистки от других загрязняющих компо­нентов также будет обеспечен, а санитарные нормы на присутствие нескольких веществ одной группы лимитирующего показателя вред­ности выдержаны.

Необходимую степень очистки по изменению активной реакции воды определяют из условий смешения сточных вод с водой водоема по допустимому содержанию кислоты С_ст._к или щелочи С_ст._щ в сточ­ных водах, спускаемых в водоем:

(15.12).

(15.13).

Если расчетные концентрации щелочи или кислоты будут меньше фактических концентраций в производственных сточных водах, то перед сбросом в водоем сточные воды необходимо нейтрализовать.