Расчет характеристик сбросов сточных вод предприятий в водоемы

Технологический цикл одного из промышленных предприятий Московской области требует потребления значительных количеств воды. Источником является расположенная недалеко от предприятия река. Пройдя технологический цикл, вода, практически полностью возвращается в реку в виде сточных вод промышленного предприятия. В зависимости от профиля предприятия сточные воды могут содержать самые различные вредные по санитарно-токсикологическому признаку химические компоненты. Их концентрация, как правило, во много раз превышает концентрацию этих компонентов в реке. На некотором расстоянии от места сброса сточных вод вода реки берется для нужд местного водоиспользования самого разного характера (например, бытового, сельскохозяйственного). В задаче необходимо вычислить концентрацию наиболее вредного компонента после разбавления водой реки сточной воды предприятия в месте водопользования и проследить изменение этой концентрации по фарватеру реки. А также определить предельно допустимый сток (ПДС) по заданному компоненту в стоке.

Характеристика реки: скорость течения - V, средняя глубина на участке - Н, расстояние до места водопользования - L, расход воды в реке - Q1; шаг, с которым необходимо проследить изменение концентрации токсичного компонента по фарватеру реки - LS.

Характеристика стока: вредный компонент, расход воды -Q2, концентрация вредного компонента - С, фоновая концентрация -Сф, предельно допустимая концентрация - ПДК.

Варианты к расчету характеристик сбросов сточных вод предприятий в водоемы:

Вредный компонент	ПДК, мг/л	Q1, м/c	Q2, м/c	V, м/с	H, м	L, м	С, мг/л	LS, м	Cф, мг/л
Pb	0,01			0.8	1.3		0.5		0.1

ε=1; Lф/Lпр=1

РЕШЕНИЕ:

Многие факторы: состояние реки, берегов и сточных вод влияют на быстроту перемещения водных масс и определяют расстояние от места выпуска сточных вод (СВ) до пункта полного смешивания.

Однако приходится считаться с тем фактором, что на некотором расстоянии ниже спуска СВ смешивание будет не полным. В связи с этим реальную кратность разбавления в общем случае следует определять по формуле:

где γ -коэффициент, степень полноты сточных вод в водоеме.

Условия спуска сточных вод в водоем принято оценивать с учетом их влияния у ближайшего пункта водопользования, где следует определять кратность разбавления.

Расчет ведется по формулам:

где -коэффициент, учитывающий гидрологические факторы смешивания.

L- расстояние до места водозабора.

где -коэффициент, зависящий от места выпуска стока в реку. =1, при выпуске у берега.

Lф/Lпр — коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния по фарватеру полной длины русла от выпуска СВ до места ближайшего водозабора к расстоянию между этими двумя пунктами по прямой.

Исходя из того, что в данной задаче предполагается, что исследуемые реки являются равнинными, найдем D-коэффициент турбулентной диффузии,

где V-средняя скорость течения, м/c;

H-средняя глубина, м.

Зная D, найдем:

Итак, реальная кратность разбавления равна:

Реальная концентрация вредного компонента в водоеме в месте ближайшего водозабора вычисляется по формуле:

0,26 > 0.01, это значит что эта величина превышает ПДК

Необходимо также определить, какое количество загрязняющих
веществ может быть сброшено предприятием, чтобы не превышать нормативы. Расчеты проводятся только для консервативных веществ по санитарно - токсикологическому показателю вредности. Расчет ведется по
формуле:

где С_{ст.пред}. - максимальная (предельная) концентрация, которая может быть допущена в СВ, или тот уровень очистки СВ, при котором после их смешивания с водой в водоеме у первого (расчетного) пункта водопользования степень загрязнения не превышает ПДК.

Предельно допустимый сток ПДС рассчитывается по формуле:

Построим график функции распределения концентрации вредного компонента в зависимости от расстояния до места сброса СВ по руслу реки с шагом LS = 10 м, С_в=f(L):

Выводы: Решив данную задачу, мы получили реальную концентрацию вредного компонента в водоеме в месте ближайшего водозабора, С_в=0.26, она получилась больше чем предельно допустимая концентрация вредных веществ в водоеме, а это означает, что водоем очень сильно загрязнен, и требует немедленной очистки, а предприятие, сбрасывающее в него свои сточные воды необходимо проверить на санитарные нормы.

Ответы на вопросы:

1) Источники загрязнения.

Основной причиной загрязнения водных бассейнов является сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальным и сельским хозяйством. Остатки удобрении н ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают и водоемы и загрязняют их. Для обезвреживания даже после основательной биологической очистки эти воды необходимо разбавлять чистой водой. Нормы разбавления иной раз очень высоки. Так, для стоков производства синтетических волокон кратность разбавления составляет 1:185, для полиэтилена или полистирола— 1:29. Во всем мире на обезвреживание сточных вод ежегодно затрачивается 5500 км³ чистой воды—втрое больше, чем на все другие нужды человечества. Эта величина составляет уже 30% устойчивого стока всех рек земного шара.Следовательно, основную угрозу нехватки воды порождает не безвозвратное промышленное потребление, а загрязнение природных вод промышленными стоками и необходимость их разбавления. Загрязнения, поступающие в сточные воды, условно можно 'разделить на несколько групп. Так, по физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные н биологические.Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочей и другими веществами.Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения представляют собой остатки растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла и пр. Загрязнения животного происхождения — это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и др.Бактериальное и биологическое загрязнение свойственно главным образом бытовым сточным водам и стокам некоторых промышленных предприятии. Среди последних — бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности и др.Бытовые сточные воды включают воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, хозяйственные воды, которые образуются при мытье помещений, и др. Они поступают из жилых и общественных зданий, от бытовых помещений промышленных предприятии и др. В бытовых сточных водах органическое вещество в загрязнениях составляет 58%, минеральные вещества—42% (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика бытовых и промышленных сточных вод (С. Н. Черкинский, 1971)
Показатели	Бытовые сточные воды	Промышленные сточные воды
Происхождение	Образуются в результате хозяйственно-бытовой деятельности и физиологических выделении людей	Образуются в результате технологических процессов на производстве, сопровождающихся удалением отходов, потерей сырья и реагентов или готовой продукции
Количество	Ограничено пределами водопотреблсння населения для физиологических и культурно-бытовых нужд	Определяется потребностями технологических процессов и характеризуется значительными колебаниями
Внешний вид	Однообразный	Крайне различный
Режим спуска	Ограниченная степень не равномерности, определяющаяся бытовыми условиями жизни населения	Различный —соответствен но технологическому процессу; может быть весьма не равномерным
Взвешенные вещества	Обнаруживают постоянство по количеству и качеству	Крайне разнообразны по количеству и качеству
Реакция	Нейтральная или слабощелочная	От резкощелочной до резко кнслой, нередко меняющейся во времени
Химический состав	Однообразный, преобладают органические соединения животного или растительного происхождения	Различный, могут преобладать органические синтетические вещества или минеральные соединения
Токсичность и бактернцидность	Не свойственна	Может обнаруживаться в различной степени
Типичность состава и свойств	Заметно выражена, колебания концентрации зависят от уровня водопотребления	Выражена лишь для одинаковых производств
Гигиеническое значение	Преимущественно эпидемиологическое значение, всегда общесанитарное	Преимущественно общесанитарное значение, иногда эпидемиологическое, часто токсокологическое
Методы обезвреживания	Биологические на типовых сооружениях с дезинфекцией	Самые разнообразные, часто химико-механические, дезинфекция как исключение

2) Опасность неочищенных сточных вод

Угроза инфекционных заболеваний.

Неочищенные канализационные стоки – один из главных источников угрозы для здоровья человека, так как люди и животные бывают заражены патогенами (болезнетворными бактериями и другими паразитами). Зараженные люди или животные могут выделять с экскрементами огромное количество патогенов или их яиц. Иногда человек служит переносчиком инфекции, даже не ощущая симптомов заболевания. Если зараженные канализационные стоки попадут в питьевую воду, на источники пищи или в места для купания, паразиты могут инфицировать многих людей. В некоторых случаях инфекция передается через пищевые цепи. Например, устрицы, могут заглатывать паразитов, которые передаются человеку, когда он употребляет в пищу устриц. Поэтому устричные «банки», загрязненные канализационными стоками, закрыты для ловли. Кроме того, некоторые виды пищевых продуктов рекомендуется всегда подвергать термической обработке.

В большинстве случаев патогенные организмы выживают вне хозяина не более нескольких дней, а их число, попавшее в его тело, определяет вероятность развития инфекции. Следовательно, когда плотность населения низка, перенос патогенов происходит относительно редко, так как уровень их распространения невелик и проходит довольно много времени между выделением их во внешнюю среду одним хозяином и встречей с другим. Однако, чем выше плотность населения, тем вероятнее заражение. Живя и работая в густозаселенных городах, люди становятся чрезвычайно уязвимыми для патогенных организмов.

Прежде чем в середине XIX в. была установлена связь между заболеваниями и наличием в отбросах патогенов, в городах часто случались опустошительные эпидемии. В настоящее время в большинстве стран приняты санитарно-гигиенические правила, которые предотвращают такой «круговорот» патогенов, в том числе:

(1) дезинфекция запасов воды для населения хлорированием или другими методами;

(2) личная санитария и гигиена, особенно во время приготовления и раздачи пищи;

(3) сбор и очистка канализационных стоков.

Многие связывают снижение заболеваемости с успехами современной медицины, но благодарить, прежде всего, стоит санитарно-гигиенические правила, часто воспринимаемые как что-то само собой разумеющееся.