Определение необходимой степени очистки сточных вод в проточные водоемы

Наиболее часто на практике встречается сброс сточных вод в проточные водоемы, то есть реки. При расчете необходимой степени очистки сточных вод надо учитывать, что не весь расход воды водоема смешивается со сточными водами и, следовательно, не полностью участвует в процессе самоочищения. Учет степени смешения производится в контрольном створе при помощи коэффициента смешения. Степень смешения зависит от соотношения расходов речной и сточной воды, от скорости течения воды в реке, ее глубины, извилистости, от устройства выпусков, расстояния от места выпуска до расчетного створа и др.

Таблица 4 Допустимые изменения состава воды водоемов и водотоков в местах хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования после выпуска в них очищенных сточных вод

Показатели состава и свойств воды водоема	Для хозяйственно-питьевого водоснабжения	Культурно-бытовые нужды населения	Нужды рыбного хозяйства
Взвешенные вещества	Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться больше, чем на:
	0,25 мг/дм	0,75 мг/дм3	0,25 мг/дм3
Плавающие примеси	На поверхности водоемов не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна минеральных масел и скопления других примесей	На поверхности не должны обнаруживаться пленки нефтепродуктов, масел, жиров и др.
Запахи и привкусы	Вода не должна приобретать запахи и привкусы интенсивностью более одного балла	Вода не должна приобретать посторонней окраски, запах и привкусы
Окраска	Не должна обнаруживаться в столбике	Посторонние запахи и привкусы, мясу рыбы
Температура	Допускается повышение не более, чем 3°С по отношению к среднемесячной температуре самого жаркого месяца	Температура воды не должна превышать в летний период больше, чем на 30С, а в зимний больше, чем на 50С
Реакция (pH)	Не должна выходить за пределы 6,5 - 8,5
Минеральный состав	Сухой остаток 1000 мг/л, в том числе: хлоридов 300 мг/л и сульфатов 100 мг/л	Нормируется по приведенному выше показателю «привкусы»	-
Растворенный кислород	Не должен быть менее 4 мг/дм3 в любой период года в пробе, отобранной до 12 часов дня	Зимой подо льдом должен быть не менее 4 мг/дм3, летом - не менее 6 мг/дм3.
Биохимическая потребность в кислороде	Полная потребность воды в кислороде при 20°С не должна превышать
3 мг/дм3	6 мг/дм3	3 мг/дм3
Возбудители заболеваний	Вода не должна содержать возбудителей заболеваний
Ядовитые вещества	Не должны содержать в концентрациях, могущих оказать прямое или косвенное вредное воздействие:
	на организм и здоровье населения	на рыб и водные организмы, служащие кормовой базой для рыб

9.1Определение коэффициента смешения в проточные водоемы

 

Коэффициент смешения – величина, меньшая или равная единице. На нее умножают расход водоема во всех формулах расчета необходимой степени очистки. Для вычисления коэффициента смешения в проточные водоемы принята формула В.А. Фролова - И.Д. Родзиллера:

 

 

где e = 2,72 – основание натуральных логарифмов;

Q – наименьший расход реки в створе выпуска сточных вод, м³/с;

q – наибольший расход сточных вод, м³/с;

L_ф– расстояние по фарватеру реки от створа выпуска до контрольного створа, м;

– коэффициент, учитывающий влияние гидравлических факторов на процесс смешения:

где – коэффициент извилистости русла реки:

– расстояние по фарватеру, км;

L_np – расстояние по прямой, между створом выпуска сточных вод и контрольным створом, км;

– коэффициент, зависящий от устройства выпуска сточных вод в водоем; при береговом выпуске = 1,0; при выпуске в фарватер реки = 1,5; при диффузионном выпуске = 3,0;

Е – коэффициент турбулентной диффузии.

Коэффициент Е для равнинных рек определяется по формуле М.В. Потапова:

где – средняя скорость течения воды в водоеме на рассматриваемом участке, м/с;

– средняя глубина водоема на этом участке, м.

Коэффициент смешения показывает, какая часть расхода реки смешивается со сточной водой. При подсчете коэффициента можно пользоваться вспомогательными данными, приведенными в приложении 1.

Коэффициент разбавления определяется по формуле Фролова-Родзиллера:

 

n =

 

где n – коэффициент разбавления.

 

9.2 Необходимая степень очистки сточных вод по БПК_полн

Величина БПК_полн сточных вод, допустимых к спуску в водоем, определяется по формуле:

 

 

где – концентрация органических загрязнений по БПК_полн в сточных водах, допустимых к спуску в водоем, мг/дм³;

L_пр.доп – предельно допустимая концентрация органических загрязнений по БПК_полн в контрольном створе;

концентрация органических загрязнений по БПК_полн в воде водоема до спуска сточных вод, мг/дм³;

– константа скорости потребления кислорода кислорода;

t – продолжительность периода, за за который смесь воды водоема и сточных вод переместится из створа выпуска до контрольного створа, сут.

Величина t определяется по формуле:

 

t =

 

Величину можно ориентировочно определить по табл. 5.

 

Таблица 5 Значения константы скорости потребления кислорода

 

Температура воды водоема, 0С
	0,04	0,05	0,063	0,08	0,1	0,126	0,158

 

Требуемый эффект очистки сточных вод по БПК_полн определяется по формуле:

 

Э =

где концентрация смеси бытовых и производных сточных вод по органическим загрязнениям, мг/дм³.

 

9.3 Необходимая степень очистки сточных вод по взвешенным веществам

 

Концентрация взвешенных веществ в сточных водах, допустимых к сбросу в водоем, определяется по формуле:

 

где р – допустимое увелечение концентрации взвешенных вешеств, мг/дм³; – концентрация взвешенных в воде водоема, мг/дм³.

Эффективность очистки сточных вод по взвешенным веществам определяется:

 

Э = 100%

 

где – концентрация смеси бытовых и производственных сточных вод по взвешенным веществам, мг/дм³.

 

9.4 Необходимая степень очистки сточных вод по растворенному кислороду

 

С учетом реаэрации водоема. Расчет необходимой степени очистки сточных вод по растворенному кислороду при наличии подробных сведений о водоеме производится по нижеследующим уравнениям:

 

 

где D_t – дефицит кислорода в воде водоема через t суток;

к₁ – константа потребления кислорода;

к₂ – константа растворения кислорода;

L_a – БПК_полн смеси воды водоема и сточных вод в момент выпуска в водоем, мг/дм³;

D_a – начальный дефецит кислорода в воде водоема, мг/дм³;

t_кр – время в сутках, через которое поступает критическое уменьшение содержания растворенного кислорода в воде водоема;

О_о – предел растворения кислорода воздуха при данной температуре воды, мг/дм³;

4 – минимально допустимая концентрация растворенного кислорода в критической точке, мг/дм³;

О^р – содержание растворенного кислорода в водоеме до спуска сточных вод, мг/дм³.

Необходимо начальные 2 уравнения решать методом подбора относительно значения L_a. Для этого нужно определить таблицами значения к_1, к₂, О_0, затем вычислить D_a и D₁ и подставить их в уравнения. После этого определяют концентрацию БПК_полн в сточных водах, допустимых к спуску .

Необходимая степень очистки определяется:

 

Э= 100%

Значения величин константы растворения кислорода к₂ и воздуха О_о приведены в табл. 6 и 7.

 

Таблица 6 Растворимость кислорода в 1 л воды при давлении 760 мм рт. ст.

 

t
O0, мг/дм3	14,23	12,80	11,30	10,15	9,64	9,17	8,69	8,38	7,63

 

Таблица 7 Величина константы растворения кислорода

 

Характеристика водоема	к2 при t0 воды в водоеме
100	150	200	250
Продолжение табл.7
Слабопроточные водоемы	-	0,11	0,15	-
Реки с малой скростью течения	0,17	0,185	0,20	0,215
Реки с большой скоростью течения	0,425	0,46	0,50	0,54
Малые реки с быстрым течением	0,684	0,74	0,80	0,865

 

Без учета реаэрации водоема. В этом случае концентрацию органических загрязнений по БПК_полн в сточных водах, допустимых к спуску в водоем, вычисляют по формуле:

 

где Q – наименьший расход реки в створе выпуска сточных вод, м³/с;

q – наибольший расход сточных вод, м³/с;

Необходимая степень очистки определяется:

 

Э= 100%

 

9.5 Необходимая степень очистки сточных вод по

концентрации токсичных веществ

 

Допустимая концентрация по показателям вредности подлежащих к спуску сточных вод в водоем вычисляется по формуле:

где - нормативный показатель величины предельно допустимой концентрации вредного вещества в воде водоема, мг/дм³ (см. табл. 4);

– концентрация вредного вещества в реке, мг/дм³

Необходимая степень очистки определяется по формуле:

 

Э= 100%

 

где – концентрация вредных веществ в сточной воде, мг/дм³.