4.4 Біохімічна трансформація забруднюючих речовин у водному середовищі
До зниження концентрації забруднюючих речовин у воді водного об'єкта призводять не тільки процеси розбавлення стічних вод, але й біохімічні і фізико-хімічні процеси, тобто процеси самоочищення водного середовища.
Одним з методів кількісної оцінки їх впливу служить так званий коефіцієнт неконсервативності Кн, який враховує швидкість перетворення речовин.
При розпаді речовини він набуває негативного значення Кн, тобто його розмірність має значення 1/доба (доба -1 ) чи 1/с (с-1 ).
У загальному вигляді кінематика процесу біохімічного перетворення домішки може бути описана рівнянням
Ct = C0 exp (- (Kн,1 + Kн,2 + … + Kн,n)t) =
= C0 exp
(- (
(4.25)
де C0 – концентрація речовини у початковий момент t о = 0;
Ct – концентрація речовини в момент t;
- коефіцієнт
неконсервативності конкретного з
процесів перетворення речовини, що
враховується;
t – момент
часу від початку процесу розпаду.
Практично допустимо проводити розрахунок за основним процесом трансформації речовини за формулою
Ct = C0 exp (- Кн t) . (4.26)
Отже, при прогнозі поля забруднення у разі випуску стоків у водне середовище для розрахунку розподілу концентрації полютанта (консервативного або неконсервативного) у воді, а також для розрахунку дефіциту кисню у воді при береговому випуску стоків необхідно мати такі початкові дані:
- мінімальні витрати води у створі випуску (95% забезпеченості);
- глибину і ширину створу та площу поперечного перерізу;
- гідравлічний схил русла (водної поверхні);
- радіус кривизни русла;
- середню і динамічну швидкість течії;
- фонову концентрацію і фоновий дефіцит кисню у воді;
- коефіцієнт швидкості біохімічного споживання кисню;
- коефіцієнт швидкості реаерації;
- витрати стічних вод на виході з точки випуску;
- концентрацію речовин у стічних водах при випуску консервативних і неконсервативних речовин .
Кількість і надійність початкової інформації визначають ступінь складності моделі і точність, достовірність та репрезентативність результатів моделювання.
Коефіцієнт обліку процесів біохімічного окиснення стоків (коефіцієнт самоочищення) визначається за формулою
Кб = 
,
(4.27)
де
К – константа
швидкості біохімічного окиснення при
певній температурі
води t 
;
Т – період часу проходження води від створу випуску стоку до розрахункового створу (час добігання), доба .
Значення константи швидкості самоочищення води можна обчислити за формулою
К = Кtн · 1,047 (t - 20), (4.28)
де Кtн – константа швидкості самоочищення води водного об'єкта (швидкість розкладання) при температурі t = 20 (коефіцієнт неконсервативності речовин, табл. 4.2).
t – температура води, .
Таблиця 4.1 - Значення коефіцієнта Кн неконсервативності
речовин при температурі 0
-
Забруднююча речовина
Кн [c-1]
Нафтопродукти
-2 · 10-7
Феноли
-1,5 · 10-8
Мийні засоби (СПАР), синтетичні
-2,1 · 10-7
Фосфор мінеральний та інші мінерали
0
ПБК5 біохімічна потреба кисню
-4 · 10-7
Таблиця 4.2 – Значення коефіцієнта Кtн неконсервативності
речовин (швидкість розкладання) при температурі
20 води (К20, доба-1 )
Речовина |
Значення Кt , 1/доба |
Речовина |
Значення Кt , 1/доба |
БПК20 |
0,23 |
Нафтопродукти |
0,044 |
Азот амонійний |
0,069 |
Феноли |
0,32 |
Азот нітритів |
10,8 |
СПАР |
0,046 |
Азот нітратів |
0,148 |
Фосфор(мінерал) |
0,0 |
Кисень розчинний |
0,46 |
БПК5 |
0,34 |
Таблиця 4.3 - Значення константи розкладання Кv
Темпера-тура, |
Нафто-продукти |
Детер-генти |
Темпера-тура, |
Нафто-продукти |
Детер-генти |
-1 |
0,0023 |
0,0195 |
18 |
0,0095 |
0,1514 |
0 |
0,0026 |
0,0214 |
20 |
0,0109 |
0,1862 |
2 |
0,0029 |
0,0263 |
22 |
0,0128 |
0,2291 |
4 |
0,0034 |
0,0309 |
24 |
0,0147 |
0,2884 |
6 |
0,0039 |
0,0398 |
26 |
0,0169 |
0,3548 |
8 |
0,0045 |
0,0501 |
28 |
0,0193 |
0,4467 |
10 |
0,0052 |
0,0683 |
30 |
0,0227 |
0,5495 |
12 |
0,0061 |
0,0776 |
32 |
0,261 |
0,6761 |
14 |
0,007 |
0,0955 |
34 |
0,0307 |
0,8511 |
16 |
0,0081 |
0,1202 |
36 |
0,0366 |
1,0899 |
