Для расчета разбавления загрязненных стоков в водной среде допускается использовать несколько различных методов, дающих и отличающиеся друг от друга результаты.
Одним из наиболее популярных методов является метод Фролова–Родзиллера, который кратко изложен ниже. Метод позволяет 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:
Qф – расход воды в фоновом створе реки (м3/с);
Qзв – 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:
| (10.1) |
| (10.2) |
Где:
| (10.3) |
a - множитель, учитывающий гидравлические условия смешения, который определяется по формуле:
| (10.4) |
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)
| (10.5) |
Здесь
g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести;
- коэффициент Шези, определяющий гидравлическое сопротивление русла.
Коэффициент Шези определяется по формуле Шези:
| (10.6) |
где vср – средняя скорость течения (м/с);
I – уклон водной поверхности на рассматриваемом участке (отношение перепада высот в метрах на 1000 метров длины);
hср – средняя глубина реки (м).
Метод Фролова – Родзиллера применим при выполнении условия 0,0025 < Qзв/Qф < 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:
| (10.7) |
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 (10.1) вместо 
величину ПДК и решая уравнения относительно Сзв, можно определить, какова допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах. Это позволяет подобрать необходимые способы очистки сточных вод, обеспечивающие допустимую концентрацию в сбросе 
:
| (10.8) |
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 (10.9)
Где 31,54 – коэффициент пересчета г/с в т/год.
Для определения необходимой эффективности (Э) работы очистных сооружений необходимо воспользоваться формулой (10.11):
| (10.11) |
Контрольное задание
1. С территории завода в реку рыбохозяйственного значения сбрасываются сточные воды, содержащие нефтепродукты в концентрации, величина которой задана в таблице 10.1.
Фоновая концентрация нефтепродуктов Сф 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.10.1 в соответствии с номером варианта.
Определите допустимую концентрацию нефтепродуктов в сточных водах, обеспечивающую достижение ПДК в створе на расстоянии 125 м.
Таблица 6.1
Исходные данные
| Вариант | Сзв, г/м3 | Qф, м3/с | Qзв, м3/с | v ср, м/с | h ср, м |
| 0,8 | |||||
| 2,5 | |||||
| 1,5 | |||||
| 1,2 | |||||
| 1,5 | |||||
| 1,5 | 1,3 | 2,5 | |||
| 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
Занятие 11
