Методика расчета кратности разбавления сточных вод

При известных составе загрязнений и расходах сточных вод требуемая кратность их разбавления в основном зависит от геометрических размеров водоема, скорости и направления движения в нем воды.

При выпуске сточных вод в водоемы происходит снижение концентрации загрязняющих веществ за счет перемешивания сточной воды с водной средой. Этот процесс количественно характеризуется кратностью разбавления:

(2.1)

где С_в – концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, выпускаемых водоемом;

С₀ и С – концентрация загрязняющих веществ в водоеме до и после выпуска сточных вод.

Однако формула неудобна для применения на практике.

Для водоемов с направленным движением (рек) ее рекомендуется определять по формуле:

(2.2)

где Q_В, Q₀ – объемный расход сточной воды и водоема соответственн

γ – коэффициент смещения, показывающий, какая часть расхода Q участвует в смещении.

В начальном сечении кратность разбавления равна 1; т.к.

γ = 0; то = 1.

Концентрация загрязняющих веществ в водоеме в любой момент времени:

(2.3)

где τ = V*(Q₀ + ∑Q_В – Q_В) период полного обмена воды в водоеме;

V – объем водоема;

Q_В – потери расхода воды (например, за счет испарения);

Концентрацию загрязняющих веществ для максимально загрязненной струи потока реки без уточнения ее расположения, форму, размеров определяют по методу Флорова – Родзиллера:

С_max = С + (С₀ – С)* (2.4)

где α – коэффициент характеризующий гидравлические условия смещения;

x – координата в направлении скорости и течения, началом которой является (х=0) место выпуска сточных вод.

Участок смещения в водоеме условно делят на три зоны (рис. 2.1).

Рис.2.1. Схема распространения сточных вод в водоеме:

I зона – концентрация загрязняющих веществ уменьшается за сче6т смещения, обусловленного разностью скоростей струи сточной воды и водоема;

II зона – участок турбулентного перемешивания;

III – зона – участок полного смешения, когда скорости струй сточных вод и водоема выровнялись полностью.

Для оценки наименьшей кратности разбавления для слабопрочных водоемов пользуются другим методов, так называемым методов Лапшева Н.Н. Он применяется для расчета кратности разбавления при распределенных и сосредоточенных выпусках сточных вод со скоростью истечения из выпускных устройств W₀ ≥ 2 м/с:

……………………………………(2.5)

где А – коэффициент, характеризующий равномерность выпуска; для сосредоточенного выпуска А = I, а для распределенного выпуска:

(2.6)

I – расстояние между устройствами выпуска; d₀ – диаметр выпускного отверстия; Р – коэффициент, характеризующий степень проточности водоема (озера, водохранилища);

S – параметр, определяемый относительной глубиной водоема.

Для водоема, где движение воды определяется потоком сбрасываемых сточных вод:

(2.7)

где I_n – расстояние от места выпуска сточных вод до берега в направлении скорости течения сточных вод, м.; F₀ – суммарная площадь отверстий выпуска, м³.

Для водоема, где течение определяется ветром, коэффициент:

, (2.8)

где W_n – скорость течения, м/с;

W₀ – скорость сточных вод на выходе из изголовка, м/с.

Расчет кратности разбавления сточных вод в реках

Разбавление сточных вод представляет собой процесс снижения концентрации загрязняющих веществ, протекающих вследствие перемешивания сточных вод с водной средой. Интенсивность процесса количественно характеризуется кратностью разбавления (n), которую для водоемов с направленным движением воды (течением реки) определяют по формуле [16]:

, (2.9)

где Q_В и Q₀ – соответственно объемные расходы части воды в водоеме и сточной воды;

γ – коэффициент смешения, показывающий долю воды в водоеме, участвующей в процессе смешения:

, (2.10)

где L – длина русла от места выпуска сточных вод до расчетного пункта водопотребления, м;

α – коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения – коэффициент:

, (2.11)

где ξ – коэффициент, учитывающий местоположение выпуска сточных вод (для берегового выпуска ξ = 1, для руслового ξ = 1,5);

δ – коэффициент извилистости русла;

D – коэффициент турбулентной диффузии,

, (2.12)

где q – ускорение свободного падения, м/с²;

H – средняя глубина русла, м;

W^a_n – средняя скорость потока воды в водоеме, м/с;

С_ш – коэффициент Шези, (1/м*с);

М_g - коэффициент Буссинеска, 1/м*с (для воды М_g = 22,3 (1/м*с)).

 

Расчет кратности разбавления сточных вод в извилистых руслах

Рассмотренный выше метод не учитывает поперечных составляющих скорости течения воды в извилистых руслах, которые могут значительно ускорить процесс перемешивания сточных вод. Это объясняется тем, что такие течения имеют место из областей с высокими концентрациями загрязняющих веществ в области с меньшими концентрациями и наоборот.

Наименьшее общее разбавление для сосредоточенного выпуска сточных вод определяют по формуле:

, (2.13)

где β – коэффициент, учитывающий относительные параметры русла B/Н и R/В (рис.2.2);

В – ширина реки, м;

Н – глубина, м;

R – радиус кривизны водостока, м;

L – расстояние от места выпуска до расчетного сечения, м;

 

Расчет кратности разбавления проводят в следующем порядке:

1. Криволинейный участок разбивают на m участков с одинаковыми значениями относительных параметров В/Н и R/Н.

2. Определяют длины L₁, L₂, …, L_m и по графику (рис.2.2) находят значения β₁, β₂, …, β_m. При этом изменение знака кривизны не меняет методики расчета.

3. Кратность разбавления на первом участке, а затем расход смеси бытовых и речных вод на расстоянии L₁:

Q₁ = n₁*Q

4. Кратность разбавления, расход смеси сточных вод на последующих участках:

;

Q_i = n₁*n₂*…*n_i*Q₀.

5. Общая кратность разбавления:

n = n₁*n₂*…*n_m.

Расчет кратности разбавления сточных вод в водохранилищах и озерах

Условия смешения сточных вод с водами водохранилища и озер значительно отличаются от условий смешения в реках.

Степень загрязнения водоемов интенсивно уменьшаются на незначительном удалении от места сброса сточных вод, однако полное перемешивание сточной воды с объемом воды в озере происходит на очень больших расстояниях от места сброса.

Расчет кратности разбавления проводят для рассеивающих и сосредоточенных выпусков при скорости истечения сточных вод W₀ = 2 м/с.

Для рассматриваемого методов /16/ выпуск сточных вод производят не некотором удалении от берега при относительной глубине устройства Н/d₀ > 30, где d₀ – диаметр выпускаемого отверстия.

Наименьшую кратность разбавления, умеющую место на расстоянии l от места выпуска сточных вод в водохранилище или озеро (с учетом начального разбавления), определяют по формуле (2.5).

S находят по формуле S = 0,875 + 0,325Н[360+(W_n/W₀)*10⁵ ]

Величина S по абсолютному значению всегда меньше или равна единице. Если по расчету получают S>1, то для дальнейших выкладок принимают S=1.