Расчет разбавления вредных примесей по методу В.А. Фролова - И.Д. Родзиллера. Определение норматива НДС и необходимой эффективности работы очистных сооружений.

Одной из актуальных задач обеспечения экологической безопасности в процессе водопользования является определение допустимого количества загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты вместе со сточными водами. Это в свою очередь во многом определяется процессами перемешивания сточных вод с водой водоема, в который производится сброс загрязняющих веществ. При этом концентрация загрязняющих веществ в водоеме в итоге процесса разбавления сточных вод не должна превышать допустимых уровней (ПДК).

Для расчета разбавления загрязненных стоков в водной среде допускается использовать несколько различных методов, дающих почти одинаковые результаты.Одним из наиболее популярных методов таких расчетов является метод Фролова–Родзиллера, который кратко изложен ниже.

Метод Фролова–Родзиллерапозволяет оценить концентрацию загрязняющего вещества в струе сточных вод, которые по мере удаления от точки сброса постепенно перемешиваются с речной водой вплоть до так называемого створа полного перемешивания. Этот метод позволяет также определить нормативно допустимый сброс (НДС), при котором концентрация загрязняющего вещества в расчетном створе не будет превышать нормативного значения.

Примем следующие обозначения:

Q _ф – расход воды в фоновом створе реки (м³/с);

Q _зв – расход воды в трубе, сбрасывающей сточные воды в реку (расход сточных вод) (м³/с).

С _зв – концентрация загрязняющего вещества в сточных водах при сбросе, г/м³;

 – концентрация загрязняющего вещества в реке на расстоянии L в максимально загрязненной струе, г/м³. В соответствии с рассматриваемым методом эта концентрация рассчитывается следующим образом:

(12.1)

 

(12.2)

                                  

Где:                                       

(12.3)

 

a - множитель, учитывающий гидравлические условия смешения, который определяется по формуле:

(12.4)

x- коэффициент, зависящий от местоположения выпуска

(x =1 при выпуске у берега; x =1,5 при выпуске на фарватере);

j - коэффициент извилистости русла (определяется как отношение расстояния от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между этими пунктами по прямой);

D – коэффициент турбулентной диффузии (м²/с)

 

(12.5)

 

Здесь

g = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести;

  - коэффициент Шези, определяющий гидравлическое сопротивление русла.

Коэффициент Шези определяется по формуле Шези:

(12.6)

 

где v _ср – средняя скорость течения (м/с);

I – уклон водной поверхности на рассматриваемом участке (отношение перепада высот в метрах на 1000 метров длины);

h _ср – средняя глубина реки (м).

Метод Фролова –Родзиллера применим при выполнении условия 0,0025 < Q _зв / Q _ф < 1,0.

Коэффициент γ в формуле (10.1) показывает степень перемешивания загрязненной струи с речной водой. Если γ = 0, то перемешивания нет. Это имеет место в точке сброса загрязненного стока. Если γ = 1, то это свидетельствует о полном перемешивании загрязненного стока с речной водой.

Очевидно, что в створе полного перемешивания должно выполняться условие:

 

(12.7)

 

Рассмотренные выше формулы дают возможность определить концентрацию в максимально загрязненной струе на расстоянии L от точки сброса. Если на рассматриваемом участке находится пункт водопользования, например водозабор или пляж, то в створе этого пункта необходимо выполнение условия:

 

 

где ПДК – предельно допустимая концентрация.

Подставляя в (12.1) вместо величину ПДК и решая уравнения относительно С_зв, можно определить, какова допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах. Это позволяет подобрать необходимые способы очистки сточных вод, обеспечивающие допустимую концентрацию в сбросе :

(12.8)

 

Зная допустимую концентрацию загрязняющего вещества в сточных водах (, г/м³) и расход сточных вод, можно определить норматив допустимого сброса загрязняющего вещества (Н), т/год:

 

, т/год                                           (12.9)

 

Где 31,54 – коэффициент пересчета г/с в т/год.

Для определения необходимой эффективности (Э) работы очистных сооружений необходимо воспользоваться формулой (12.10):

 

(12.10)

 

Контрольное задание

1. С территории завода в реку рыбохозяйственного значения сбрасываются сточные воды, содержащие нефтепродукты в концентрации, величина которой задана в таблице 12.1.

Фоновая концентрация нефтепродуктов С_ф в речной воде выше створа сброса составляет 0,02 мг/л. Предельно допустимая концентрация нефти в воде для рыбохозяйственного водотока, каким является река, составляет 0,05 мг/л.

Определить концентрацию нефтепродуктов на расстоянии 125 м от места сброса, считая, что

- коэффициент извилистости реки j=1,

- уклон реки – I = 0,001,

- выпуск сточных вод осуществляется у берега.

Другие величины, необходимые для расчета, следует взять из табл.12.1 в соответствии с номером варианта.

Определите допустимую концентрацию нефтепродуктов в сточных водах, обеспечивающую достижение ПДК в створе на расстоянии 125 м.

Таблица 12.1

Исходные данные

Вариант	Сзв, г/м3	Qф, м3/с	Qзв, м3/с	v ср, м/с	h ср, м
1	25	250	0,8	1	2
2	10	200	2	1	2,5
3	15	500	4	1	5
4	20	1000	5	1,5	6
5	40	800	4	1,2	4
6	30	600	3	1,5	3
7	50	800	4	2	4
8	20	400	2	1	2
9	30	500	1,5	1,3	2,5
10	40	600	2	1,6	2,8

 

2. В условиях предыдущей задачи определите, как изменится концентрация загрязняющего вещества, если скорость течения увеличится в два раза.

3. Определите, как изменится концентрация загрязняющего вещества, если выпуск стока осуществлять на середине фарватера.

4. Рассчитать величину НДС и необходимую эффективность работы очистных сооружений

 

Работа 13