16.6. Безстокові (замкнуті) системи водозабезпечення

Відомо, що навіть в очищених стічних водах підприємств міститься приблизно 5-10 % залишкових забруднень, що призводить до того, що в місцях їх скиду, у розрахункових створах водокористування, у річці утворюються негативні в екологічному відношенні зони. В деяких випадках, особливо в умовах маловодності водних джерел – приймачів стічних вод, важко забезпечити необхідні БСК навіть при скиді очищених стічних вод. В цих умовах розробка та широке впровадження систем водо- забезпечення на підприємствах без скиду стічних вод мають вагоме значення в справі охорони водних джерел від забруднення та виснаження.

Одним із найреальніших і перспективних напрямків у вирішенні задачі охорони водойм від забруднень є створення безстічних систем водопостачання підприємств.

Рис. 16.3. Принципова схема безстічного водного господарства

І – група виробництв з прямоточним водопостачання і скидом стічних вод в буферний ставок; ІІ – група виробництв з безпродувочними циклами локального оборотного водопостачання; ІІІ – група виробництв з циклами локального оборотного водопостачання зі знищенням або закачкою продувочних вод в ізольовані підземні горизонти; ІV – група виробництв з циклами локального оборотного водопостачання і скидом продувочних вод в буферний ставок; V – група виробництв, яка має загальний цикл оборотного водопостачання через буферний ставок:

1 – споруди водозабору, підготовки і подачі свіжої технічної води промпідприємствам; 2 – споруди видалення із оброблених вод відходів, які утилізуються; 3 – споруди утилізації цінних відходів; 4 – локальні очисні споруди; 5 – споруди підготовки, відведення і знищення або закачки розсолів в ізольовані підземні горизонти; 6 – споруди перехоплення і відведення забрудненого поверхневого стоку з території промвузла; 7 – об’єднаний буферний ставок для всіх заводів промвузла, де відбувається усереднення, охолодження та очистка від шкідливих зважених частинок та нафтопродуктів стічних вод промпідприємств і зливового стоку з території промвузла; 8 – шламосховище багаторічного складування для всіх заводів промвузла.

Перехід більшості підприємств на безстічну систему водопостачання на сьогодні цілком можливий. На безстічних підприємствах крім охорони водойм від забруднення вирішується ще низка важливих проблем: економія свіжої води за рахунок оборотного використання, вилучення із стічних вод і утилізація цінних компонентів, переробка промислових відходів з отриманням продукції і т.д.

16.7. Розрахунки допустимих концентрацій забрудників у стічних водах

Умови скиду стічних вод у водні об'єкти визначають згідно з «Правилами охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами» (1999) з урахуванням:

а) ступеня можливого змішування і розбавлення стічних вод з водою водного об'єкта на шляху від місця випуску стічних вод до розрахункового (контрольного)створу;

б) якості води у водоймах вище місця скиду стічних вод;

в) нормативів якості води водних об'єктів відповідно до виду водокористування.

У контрольному створі або створі достатнього перемішування склад і властивості води у водних об'єктах повинні відповідати нормативам. На водотоках наступний пункт водокористування має розташовуватися в одному кілометрі за течією від контрольного створу (рис. 16.4).

Стічні води можуть бути найрізноманітнішими за складом, що визначається видом продукції і застосованою технологією. Їхня дія різна. Тому всі забруднюючі речовини за своєю дією поділяють на 4 групи лімітуючих ознак шкідливості (ЛОШ): санітарно-токсикологічна, рибогосподарська, органолептична, загальносанітарна.

Крім того, є загальносанітарні (Інтегральні) показники (ЗСП) якості води, такі як завислі речовини, рН, лужність й ін.

За кожною ЛОШ і ЗСП якості води склад і властивості водних об'єктів не повинні перевищувати нормативів.

Рис. 16.4. Схема розрахунку місця розташування водозабору

ССВ – місце скиду стічних вод в річку; КС (РС) – контрольний (розрахунковий) створ; ВЗ – водозабір.

Якщо у водний об'єкт надходить декілька речовин з різними лімітуючими ознаками шкідливості для речовин 1-го і 2-го класу шкідливості (з урахуванням домішок, які є в річковій воді), то сума відношень цих концентрацій (С₁, С₂, ..., С_п) кожної з речовин у водному об'єкті до відповідних граничнодопустимих концентрацій (ГДК) не повинна перевищувати одиниці:

.

Склад і концентрацію забруднюючих речовин (С₁, С₂, ..., С_п) у стічних водах орієнтовно можна встановити за видом продукції і технологічною схемою виробництва.

Якщо відношення не виконується, це свідчить про те, що стічні води скидати в річку не можна.

Тоді необхідно зменшити концентрацію забруднень на очисних спорудах до таких концентрацій, щоб відношення виконувалось. При цьому слід враховувати можливості підприємств й існуючих способів очищення.

Водоприймач має найціннішу властивість – самоочищення, тобто процес природного зниження концентрації забруднень.

Процес самоочищення доцільно поділити на дві стадії: перемішування забрудненого струменя і власне самоочищення. Інтенсивність самоочищення залежить від багатьох чинників: властивостей забруднювача, характеристик водоприймача (швидкість течії, глибина, витрата і т. п.).

Протягом року витрати стічних вод можна вважати більш-менш постійними, тоді як стік річки сильно змінюється. Тому й умови змішування стічних вод з водою річки змінюватимуться. Найнесприятливіші умови складаються в період мінімального стоку річок. Тому умови змішування потрібно перевіряти для меженного періоду року 95 %-ї забезпеченості.

Розрахунок виконують з урахуванням фонової концентрації забруднюючих речовин, гідрологічних і гідрохімічних особливостей водного об'єкта, а також можливого ступеня розбавлення стічних вод і самоочисної здатності водоприймача. При цьому в розрахунковому (контрольному) створі повинна бути забезпечена допустима концентрація речовин.

Максимально допустиму концентрацію забруднюючих речовин у стічних водах, які скидають у водотоки, можна визначити за формулою

,

де С_р – фонова концентрація забруднення у водотоці, мг/л; С₁ – визначена допустима концентрація забруднення з урахуванням їх сумарної дії за однією ЛОШ. – витрата стічних вод, м³/с; – витрата води у водотоці в меженний період у рік 95 %-ї забезпеченості; – коефіцієнт, який враховує гідравлічні чинники змішування:

,

де – коефіцієнт звивистості річки; – коефіцієнт, який залежить від місця скиду стічних вод у річку:

,

де L – фактична довжина річки, км; l – довжина водозбору в км; – коефіцієнт, що враховує місце випуску стічних вод. При випуску біля берега = 1, при випуску в місці найбільших швидкостей = 1,5. Н_с – середня глибина води в річці, м; V_с – середня швидкість течії води в річці, м/с:

, м/с,

де В – ширина річки, м. Коли < 0,2 м/с, це означає, що витрати в річці невеликі, тоді потрібно виконати регулювання річки й здійснити попуски із ставків, щоб забезпечити швидкість не менше 0,2 м/с.

– коефіцієнт змішування, який визначають за формулою:

,

де L_р – відстань до контрольного створу, м. Згідно з «Правилами» відстань до контрольного створу для об'єктів господарсько-побутового призначення має становити:

, м,

Концентрацію забруднень у створі достатнього перемішування (С_п), тобто там, де концентрація забруднюючої речовини є рівномірною і є меншою ГДК, знаходять за формулою:

,

де С_р – фонова концентрація забруднювача, мг/л; С_ст –концентрація забруднення у стічних водах, мг/л.

За даними попереднього рівняння будують модель забруднення поверхневих вод, на якій відображають зміну концентрації забруднюючої речовини (С, мг/л) у точках скиду (1, 2, 3, гирло) та клас якості води (І-VІ) (рис. 16.5).

Рис.7.5. Модель забруднення поверхневих вод у басейні річки

Кратність розбавлення стічних вод у розрахунковому створі визначають за формулою:

Граничнодопустимий скид визначають за формулою:

.

Показник розбавлення стічних вод з водами річки дорівнює:

.

Якщо на річці є водозабір, то необхідно, щоб відбулось не тільки змішування стічних вод до граничних концентрацій, але й виконувалась умова , м.

Віддаль до створу достатнього перемішування, на якому спостерігається задане розбавлення ( ), знаходять за формулою:

,

де – показник розбавлення стічних вод; К_зв – коефіцієнт звивистості річки; N – коефіцієнт, залежний від коефіцієнта Шезі (С, м^0,5/с). Коефіцієнт Шезі для даної ділянки можна визначити за значеннями V_с, Н_с:

.

За значенням С знаходимо М – функцію коефіцієнта Шезі, який має розмірність м^0,5/с:

при 10 < С < 60 М=0,7С+6;

при С >60 М= соnst = 48.

Коефіцієнт N визначають за формулою:

,

де = 9,81 м/с². Величину вираховують за формулою:

де Н_с – середня глибина річки, м; В – ширина річки, м.

Має виконуватись умова: , м, якщо .

Якщо , це свідчить про те, що концентрація забруднюючих речовин у контрольному створі буде вища за ГДК. У цьому разі потрібно розробити заходи щодо зниження концентрації стічних вод, які скидають у річку, що дасть змогу зменшити концентрацію забруднень до допустимих меж ( ). Цю концентрацію встановлюють таким чином. Замість віддалі підставляють , м і знаходять новий показник розбавлення :

.

З іншого боку, показник розбавлення також дорівнює:

; .

Звідси можна визначити величину зниження концентрації забруднення у стічних водах:

, мг/л

Необхідний ступінь очищення стічних вод визначають за формулою:

.

Розділ ІV