Для отдельных выпусков сточных вод в водотоки

Цель работы

Ознакомиться c методикой расчета нормативно-допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты со сточными водами

Основные задачи

1. Расчет гидрологических характеристик необходимых для определения НДС.

2. Расчет величин НДС для различных загрязняющих веществ.

Исходные данные

В реку с расходом Q около поселка А сбрасываются сточные воды предприятия, содержащие различные загрязняющие вещества (табл. 1). Расход сточных вод Qст=0.025Q м³/с. Выпуск сточных после очистных сооружений в реку осуществляется через водовыпуск, расположенный у берега. Расстояние от места выпуска до расчетного створа по фарватеру L_ф=500 м, по прямой L_n=400 м. Сброс производится за пределами населенного пункта, водозаборов вблизи нет. Средняя глубина реки - h, м, средняя скорость течения - v, м/с. Шероховатость ложа реки n_ш=0,05.

Таблица 1. Гидрохимические характеристики водотока и сточных вод (г/м³).

№ пп	Показатели свойства вод	Фон С_ф	Сточные воды С_ст	ПДК
Общие требования
1.	Взвешенные вещества	23,2	181,2	23,95
2.	БПК полн.	5,17	7,41	3
Токсикологический показатель
1.	Аммоний солевой (NH₄⁺)	7,0	21,8	0,5
2.	Нитрит-ион (NO₂^-)	0,038	0,61	0,08
3.	Железо общее (Fe_общ.)	3,95	5,85	0,1
Санитарно-токсикологический показатель
1.	Нитрат-ион (NO₃^2-)	10,8	74,99	40
2.	Алкилсульфонат (СПАВ)	0,12	0,26	0,5
3.	Хлориды (Cl^-)	11,4	198	300
4.	Сульфаты (SО₄²)	25	408,0	100
Рыбохозяйственный показатель
1.	Нефтепродукты	-	0,15	0,05

Варианты заданий:

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Q_,м³/с	0,14	0,16	0,18	0,16	0,20	0,18	0,22	0,20	0,24	0,22	0,26	0,24	0,28	0,26	0,30	0,28
h, м	0,40	0,42	0,44	0,46	0,48	0,50	0,52	0,54	0,56	0,58	0,60	0,62	0,64	0,66	0,68	0,70
v, м/с	0,10	0,12	0,11	0,13	0,12	0,14	0,13	0,15	0,14	0,16	0,15	0,17	0,16	0,18	0,17	0,19

Содержание

- по заданным гидрологическим характеристикам рассчитать кратность разбавления сточных вод (n);

- определить допустимую концентрацию загрязняющих веществ (Cпдк);

- рассчитать величину НДС для заданных загрязняющих веществ.

Теоретические положения

Величины НДС определяются для всех категорий водопользователей как произведение максимального часового расхода сточных вод - (м³/ч) на допустимую концентрацию загрязняющего вещества Сндс (г/м³). При расчете условий сброса сточных вод сначала определяется значение Сндс, обеспечивающее нормативное качество воды в контрольных створах, а затем определяется НДС согласно формуле:

НДС =q Сндс (1)

Необходимо подчеркнуть обязательность требования увязки сброса массы вещества, соответствующей НДС, с расходом сточной воды. Например, уменьшение расхода при сохранении величины НДС будет приводить к концентрации вещества в водном объекте, превышающей ПДК.

Основная расчетная формула для определения Сндс без учета неконсервативности вещества имеет вид:

Сндс=n( - )+ (2)

где: - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водотока, г/м³;

- фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке (г/м³) выше выпуска сточных вод, определяемая в соответствии с действующими методическими документами по проведению расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков;

- кратность общего разбавления сточных вод в водотоке, равная произведению кратности начального разбавления на кратность основного разбавления (основное разбавление, возникающее при перемещении воды от места выпуска к расчетному створу)

(3)

Кратность основного разбавления определяется по методу В.А.Фролова – И.Д. Родзиллера:

Рассмотренный метод может применяться при соблюдении следующего неравенства:

(4)

Если сточные воды и притоки могут поступать с обоих берегов реки, обеспечивая практически постоянную струйность речных вод вдоль каждого берега, то для расчетов концентраций веществ в максимально загрязненной струе рекомендуется использовать метод В.А.Фролова - И.Д. Родзиллера для случая впадения сточных вод с обоих берегов реки.

Если не соблюдаются условия применимости метода В.А.Фролова - И.Д. Родзиллера, или в расчете необходимо учесть данные о накоплении загрязняющих веществ в донных отложениях, то рекомендуется использовать методы, изложенные в книге Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод под редакцией А.В. Караушева.

Начальное разбавление рассчитывается в следующих случаях:

- для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков при соотношении скоростей речной воды V_р и скорости сточных вод из выпуска V_ст.

V_ст. ³ 4 × V_р

- при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска больше 2 м/c.

С учетом неконсервативности загрязняющего вещества расчетная формула имеет вид:

Сндс= n( e^kt- )+ (5)

где: - коэффициент неконсервативности органических веществ, показывающий скорость потребления кислорода, зависящий от характера органических веществ, 1/сут;

- время добегания от места выпуска сточных вод до расчетного створа, сутки.

Значения коэффициента неконсервативности принимаются по данным натурных наблюдений или по справочным данным и пересчитываются в зависимости от температуры и скорости течения воды реки.

При установлении НДС по БПК расчетная формула имеет вид:

Сндс= n(( - )e^k⁰^t - )+ (6)

где: - осредненное значение коэффициента неконсервативности органических веществ, обусловливающих фона и сточных вод, 1/сут;

- обусловленная метаболитами и органическими веществами, смываемыми в водоток атмосферными осадками с площади водосбора на последнем участке пути перед контрольным створом длиной 0,5 суточного пробега.

Значение принимается равным: для горных рек – 0,6 0,8 г/м³; для равнинных рек, протекающих по территории, почва которой не слишком богата органическими веществами – 1,7 2 г/м³; для рек болотного питания или протекающих по территории, с которой смывается повышенное количество органических веществ – 2,3 2,5 г/м³. Если расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа меньше 0,5 суточного пробега, то принимается равной нулю.

Определение норматива допустимого сброса по концентрации взвешенных веществ. Допустимая концентрация взвешенных веществ m, в спускаемых в водоем сточных водах определяется по уравнению (в соответствии с санитарными правилами):

(7)

откуда

(8)

где - коэффициент смешения, определяемый по формуле;

b – содержание взвешенных веществ в воде водного объекта до спуска сточных вод, г/м³; р – допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте после спуска сточных вод, г/м³;

Q, q – расходы соответственно речных и сточных вод, м³/ч.

План выполнения задания

1. Рассчитать кратность основного разбавления по методу В.А.Фролова – И.Д. Родзиллера:

(9)

где: - расчетный расход водотока, м³/с;

- коэффициент смешения, показывающий какая часть речного расхода смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа:

(10)

где: - расстояние от выпуска до расчетного створа по фарватеру, м;

- коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке:

(11)

где: - коэффициент извилистости (отношение расстояния до контрольного створа по фарватеру к расстоянию по прямой);

- коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске у берега , при выпуске в стрежень реки ); - коэффициент турбулентной диффузии, м²/с. Для летнего времени:

(12)

где: - ускорение свободного падения, ;

- средняя скорость течения реки, м/с;

- средняя глубина реки, м;

- коэффициент шероховатости ложа реки, определяемый по справочным данным (по таблице М.Ф.Срибного);

- коэффициент Шези (м^0,5/с), определяемый по формуле Н.Н.Павловского (при ):

(13)

где: R - гидравлический радиус потока, м ();

2. Определить концентраций загрязняющих веществ допустимых к сбросу С_ПДС с учетом следующих ограничений.

Для веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности (ЛПВ), содержащихся в воде водного объекта, НДС определяются так, чтобы сумма отношений концентраций каждого вещества к соответствующим ПДК не превышала 1.

Если фоновая загрязненность водного объекта по каким-либо показателям не позволяет обеспечить нормативное качество воды в контрольном пункте, то НДС по этим показателям разрабатываются исходя из отнесения нормативных требований к составу и свойствам воды водных объектов к самим сточным водам.

Для тех веществ, для которых нормируется приращение к природному естественному фону, НДС определяются с учетом этих допустимых приращений к природному фоновому качеству воды.

Таким образом, концентрации загрязняющих веществ допустимых к сбросу С_ПДС выбираются из следующих условий. В случае, когда рассчитанная С_НДС превышает величину С_ст, принимаем С_НДС=С_ст, если же С_ф >C_ПДК - С_НДС =С_ф, а при выполнении следующего неравенства С_ф<С_ст<C_ПДК - С_НДС=С_ст.

В случае веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности (ЛПВ), когда сумма отношений концентраций каждого вещества к соответствующим ПДК превышает 1, С_НДС определяется из ранее названных условий. В противном случае, следует использовать в расчетах приведенные величины ПДК:

где m – количество веществ, входящих в эту группу,

α_i – коэффициент распределения доли i-го загрязняющего вещества в группе.

Принимается: для нитратов α₁=1,2; для СПАВ α₂=1; для хлоридов α₃=0,6; для сульфатов α₄=1,2.

3. По формуле (1) рассчитать нормативы ПДС для различных загрязняющих веществ, результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2. Величины нормативно-допустимого стока загрязняющих веществ

№ пп	Показатели свойства вод	С_ндс _{рассчитанное}	С_ндс	НДС, г/ч	НДС, т/мес
1.	Взвешенные вещества
2.	БПК полн.
3.	Аммоний солевой (NH₄⁺)
4.	Нитрит-ион (NO₂^-)
5.	Железо общее (Fe_общ.)
6.	Нитрат-ион (NO₃^2-)
7.	Алкилсульфонат (СПАВ)
8.	Хлориды (Cl^-)
9.	Сульфаты (SО₄²)
10.	Нефтепродукты