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 Lф=500 м, по прямой Ln=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 nш=0,05.
Таблица 1. Гидрохимические характеристики водотока и сточных вод (г/м3).
| № пп | Показатели свойства вод | Фон Сф | Сточные воды Сст | 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 (Feобщ.) | 3,95 | 5,85 | 0,1 |
| Санитарно-токсикологический показатель | ||||
| 1. | Нитрат-ион (NO32-) | 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 Vр и скорости сточных вод из выпуска Vст.
Vст. ³ 4 × Vр
- при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска больше 2 м/c.
С учетом неконсервативности загрязняющего вещества расчетная формула имеет вид:
Сндс= n( ekt- )+ (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(( - 
)ek0t - )+ (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 (м0,5/с), определяемый по формуле Н.Н.Павловского (при 
):
(13)
где: R - гидравлический радиус потока, м (
);
2. Определить концентраций загрязняющих веществ допустимых к сбросу СПДС 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 СПДС выбираются из следующих условий. В случае, когда рассчитанная СНДС превышает величину Сст, принимаем СНДС=Сст, если же Сф >CПДК - СНДС =Сф, а при выполнении следующего неравенства Сф<Сст<CПДК - СНДС=Сст.
В случае веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности (ЛПВ), когда сумма отношений концентраций каждого вещества к соответствующим ПДК превышает 1, СНДС определяется из ранее названных условий. В противном случае, следует использовать в расчетах приведенные величины ПДК:
,
где m – количество веществ, входящих в эту группу,
αi – 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 | Сндс рассчитанное | Сндс | НДС, г/ч | НДС, т/мес |
| 1. | Взвешенные вещества | ||||
| 2. | БПК полн. | ||||
| 3. | Аммоний солевой (NH4+) | ||||
| 4. | Нитрит-ион (NO2-) | ||||
| 5. | Железо общее (Feобщ.) | ||||
| 6. | Нитрат-ион (NO32-) | ||||
| 7. | Алкилсульфонат (СПАВ) | ||||
| 8. | Хлориды (Cl-) | ||||
| 9. | Сульфаты (SО42) | ||||
| 10. | Нефтепродукты |
