Условия сброса сточных вод в поверхностные водные объекты и порядок расчета нормативов допустимого сброса веществ, содержащихся в сбрасываемых сточных водах, регламентируются «Методикой расчета нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей» (2007 г.). Величины нормативов допустимых сбросов (НДС) разрабатываются и утверждаются на период 5 лет для действующих и проектируемых организаций водопользователей. Разработка величин НДС осуществляется как организацией-водопользователем, так и по поручению проектной или научно-исследовательской организации.
Величины НДС определяются для всех категорий водопользователей по формуле
, (1)
где qст – максимальный часовой расход сточных вод, м3/ч; СНДС – допустимая концентрация загрязняющего вещества, г/м3.
Величина допустимой концентрации загрязняющего вещества для консервативного вещества, по которому ассимилирующая способность водоема обусловливается только разбавлением, определяется по формуле
, (2)
где СПДК – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водотока, г/м3; Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке выше выпуска сточных вод, г/м3; n – кратность общего разбавления сточных вод в водотоке.
Представим ситуацию, когда промышленное предприятие сбрасывает сточные воды после технологического процесса (рис. 1)
Рис. 1. Ситуационная схема для расчета условий сброса сточных вод: 0–0 – нулевой створ; I–I – расчетный створ; ПП – промышленное предприятие; ОС – очистное сооружение
Створ – условное сечение водоема или водотока, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды.
Контрольный створ – это поперечное сечение потока, в котором контролируется качество воды.
Фоновый створ – контрольный пункт, расположенный выше по течению от сброса загрязняющих веществ.
Для водоемов питьевых, хозяйственно-бытовых целей нормативы качества вод или их природный состав и свойства выдерживаются на водотоках, начиная со створа, расположенного выше ближайшего по течению пункта водопользования на 1 км (водозабор для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, места купания, организованного отдыха и населенного пункта).
Для водоемов рыбохозяйственного назначения нормативы качества поверхностных вод или их природный состав и свойства соблюдаются на протяжении всего участка водопользования, начиная с контрольного створа, но не далее 500 м от места сброса сточных вод или расположения других источников загрязнения поверхностных вод (места добычи полезных ископаемых).
В случае одновременного использования водного объекта или его участка для различных нужд для состава и свойств его вод принимаются наиболее жесткие нормы качества воды из числа установленных.
Таким образом, ситуационная схема для разных видов водопользования показана на рис. 2.
а б
Рис. 2. Ситуационная схема для водотока: а – культурно-бытового (М – населенный пункт); б – рыбохозяйственного водопользования
При сбросе сточных вод в водные объекты санитарное состояние водного объекта в расчетном створе считается удовлетворительным, если соблюдается следующее условие:
, (3)
где С рс z – концентрация i -го вещества в расчетном створе при условии одновременного присутствия Z веществ, относящихся к одному и тому же лимитирующему показателю вредности (ЛПВ); i = 1, 2, …, Z; Z – количество веществ с одинаковым ЛПВ; Сz ПДК – предельно допустимая концентрация z вещества.
Основной механизм снижения концентрации загрязняющего вещества при сбросе сточных вод в водные объекты – разбавление.
Разбавление сточных вод – это процесс снижения концентрации загрязняющих веществ в водоемах, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются.
Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется кратностью разбавления n, которая равна отношению суммы расходов сточной воды q ст и окружающей водной среды Q к расходу сточной воды
(4)
или отношением избыточных концентраций загрязнений в месте выпуска к аналогичным концентрациям в рассматриваемом сечении водотока (общее разбавление на участке):
, (5)
где С ст – концентрация загрязняющих веществ в сточной воде, г/м3; С ф – концентрация загрязняющих веществ в водоёмах до выпуска сточных вод, г/м3; С – концентрация загрязняющих веществ сточной воды в рассматриваемом сечении водотока после выпуска сточных вод, г/м3.
Процесс разбавления сточных вод происходит в две стадии: начальное и основное разбавление. Общая кратность разбавления представляется в виде произведения
n = n н· n 0, (6)
где n н – кратность начального разбавления, n 0 – кратность основного разбавления.
Кратность начального разбавления определяется по методу Н.Н. Лапшева для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска больше 2 м/с или при соотношении v ст ≥ 4 v ср, где v ср и v ст – средние скорости речных и сточных вод.
При меньших скоростях истечения из выпуска расчет начального разбавления не производится.
Кратность основного разбавления n 0 в водотоке у расчетного створа определяется по методу В.А. Фролова и И.Д. Родзиллера по формуле
(7)
где γ – коэффициент смешения, показывающий, какая часть воды реки участвует в разбавлении сточных вод; qст – максимальный расход сточных вод, м3/с; Q – расчетный минимальный расход воды водотока в контрольном створе, м3/с.
Распространение примесей происходит в направлении господствующих течений, и в этом же направлении кратность разбавления имеет тенденцию к увеличению. Так, в начальном сечении (в месте выпуска) кратность разбавления n н= 1(Q = 0 или С = С ст, а затем по мере увеличения расходов жидкости концентрация примеси снижается, а кратность разбавления растет. В пределе, когда в процесс перемешивания вовлекаются все возможные для данного водного объекта расходы воды, наступает полное перемешивание. В условиях полного перемешивания концентрация загрязняющих веществ стремится к фоновой, т.е. С → С ф.
Участок водоёма или водотока от места выпуска сточных вод до сечения, где произойдет их полное перемешивание, условно разделяют на три зоны (рис. 3):
1-я зона – начальное разбавление. Здесь процесс разбавления происходит за счет увлечения жидкости водоема турбулентным потоком струи сточной воды, истекающей из выпускных устройств. В конце первой зоны разность скоростей струйного потока и окружающей среды становится незначительной.
2-я зона – основное разбавление. Степень разбавления в этой зоне определяется интенсивностью турбулентного перемешивания.
3-я зона – в этой зоне разбавления сточной воды практически нет. Снижение концентраций загрязняющих веществ происходит в основном за счет процессов самоочищения воды.
Рис. 3. Схема распространения сточных вод в водоеме
Процессы, изменяющие характер веществ, поступающих в водные объекты, называют процессами самоочищения. Совокупность разбавления и самоочищения составляют обезвреживающую способность водного объекта.
Таким образом, решить задачу о разбавлении сточной воды в водотоке или водоёме – означает определить концентрацию одного или нескольких загрязняющих веществ в любой точке локальной зоны водного объекта, подверженной влиянию сточных вод.
При этом нужно:
1) установить картину распространения загрязняющих веществ в водотоке под влиянием сброса сточных вод с учетом гидродинамических факторов;
2) выявить влияние естественных факторов на процесс разбавления с целью наилучшего использования местных условий для его регулирования;
3) определить возможность применения искусственных мероприятий для интенсификации разбавления сточных вод.
