Часть II. Расчет разбавления в водотоках и водоемах. Расчет необходимой степени очистки сточных вод и пдс

Цель работы: ознакомиться с расчетными методами нормирования загрязнения поверхностных вод.

Оборудование: научный калькулятор, ручка, тетрадь для записей.

Задание 1. Планируется сбрасывать в водоток сточные воды промышленного предприятия с максимальным расходом q = 1,7 м³/с. Ниже по течению планируемого берегового выпуска сточных вод, на расстоянии 3,0 км, находится поселок N, использующий воду водотока для купания и отдыха. Водоток, по данным Госкомгидромета, характеризуется на этом участке следующими показателями:

- среднемесячный расход водотока 95%-й обеспеченности Q = 37 м³/с;

- средняя глубина H_ср = 1,3 м;

- средняя скорость течения V_ср = 1,2 м/с;

- коэффициент Шези на этом участке К_ш = 29 м^1/2/с;

- извилистость русла слабо выражена.

Выпуск сточных вод – береговой. Определить: n – кратность разбавления сточных вод в расчетном створе.

Ход решения: 1. Так как водоток используется как водный объект второй категории (предназначен для культурно-бытового водопользования), то расчетный створ устанавливается за 1000 м до границы поселка (вода в нем должна отвечать санитарным требованиям применительно для данного вида водопользования). Необходимо определить расстояние, принимаемое для расчета длины участка разбавления L.

2. Определить коэффициент турбулентной диффузии D, по выражению:

D = g × V_ср × H_ср ,где

M × К_ш

g – ускорение свободного падения (в данном случае 10 м/с²); M – коэффициент, зависящий от К_ш (при условии 10 ≤ К_ш ≤ 60, M = 0,7 × К_ш + 6). M × К_ш имеет размерность м/с².

3. Определите ά – коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения с учетом того, что выпуск береговой, а извилистоть русла слабо выражена, по выражению:

ά = ζφ ³√D , где

q

ζ – коэффициент, зависящий от расположения выпуска сточных вод в водоток: при выпуске у берега = 1, при выпуске в фарватер = 1,5; φ – коэффициент извилистости водотока, т.е. отношение расстояния между рассматриваемыми створами водотока по фарватеру к расстоянию по прямой; D – коэффициент турбулентной диффузии; q – максимальный расход сточных вод, подлежащих сбросу в водоток, м³/с.

4. Для упрощения вычисления коэффициента смешения предварительно вычислите: β = e ^{-ά × 3√L}.

5. Вычислите коэффициент смешения по формуле:

γ = 1 – β

1 + Q × β

q

6. Определите кратность разбавления сточных вод промышленного предприятия в расчетном створе, по выражению:

n = γ × Q + q

q

Задание 2. В водоток с расходом Q = 35 м³/с после очистных сооружений сбрасываются очищенные сточные воды с расходом q = 0,6 м³/с. Концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей на очистные сооружения, С_СТ = 250 мг/л. Участок водного объекта, куда сбрасываются сточные воды, относится ко второй категории рыбохозяйственного водопользования. Фоновая концентрация взвешенных веществ в воде водного объекта до места сброса С_Ф = 3 мг/л. Коэффициент смешения для данного случая: γ = 0,71. Найти требуемую эффективность очистки.

Ход решения: 1. Исходя из условий, в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод», допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте после сброса сточных вод P = 0,25 мг/л.

2. Концентрация взвешенных веществ в очищенной сточной воде, сбрасываемой в данный водный объект, не должна превышать значение:

C_ОЧ = К_РАЗР × (γ × Q +1) + С_Ф

q

3. Для этого очистные сооружения должны обеспечить необходимую эффективность очистки сточных вод по взвешенным веществам:

Э_ВЗВ = С_СТ – C_ОЧ × 100%

С_СТ

Задание 3. Найти разбавление сточных вод для глубинного сосредоточенного выпуска в проточный водоем, если скорость течения в водоеме V_П = 0,021 м/с, средняя глубина в месте установленного выпуска сточных вод H = 30 м, расчетный расход сточных вод Q = 0,33 м³/с. Водоем относится к водным объектам рыбохозяйственного водопользования второй категории, т.е. расчетный створ не далее 500 м от места выпуска.

Ход решения: 1. Так как выпуск сточных вод осуществляется через сосредоточенный выпуск, то А = 1, где А – параметр, определяющий изменение разбавления при использовании различных конструкций выпусков.

2. Определите диаметр выпускного отверстия, принимая, что скорость истечения сточной воды V_o = 2,5 м/с:

d_o = √ 4 × Q

π × V_o

3. Выберите стандартный диаметр выпуска d’_o = 0,4 м, при этом фактическая скорость истечения будет V’_o = 2,53 м/с.

4. Определите параметр, зависящий от скорости проточности водоема и нагрузки на него сточных вод (P):

P = _______V_{П________}

0,000015 V_o + V_П

5. Определите параметр, зависящий от относительной глубины водоема (S):

S = 0,875 + _____0,325H_____

360 + ( V_П )10⁵

V_o

6. Наименьшее разбавление на границе 500 м от места выпуска сточных вод составляет (по формуле Н.Н. Лапшева):

n = A ( 0,2L )^P×S

d_o

Задание 4. Определить по содержанию растворенного кислорода необходимую степень очистки сточных вод, которые сбрасываются в водоток, при следующих условиях:

- расход водотока Q = 38 м³/с;

- расход сточных вод q = 1,4 м³/с;

- коэффициент смешения сточных вод γ = 0,51;

- содержание растворенного кислорода в воде водотока до места сброса сточных вод О^в= 6,5 мг/л;

- БПК_полн в водотоке до места сброса L^в_полн = 2,0 мг/л.

Ход решения: 1. Водный объект, куда производится сброс сточных вод, предназначен для коммунально-бытовых нужд населения, где допустимая концентрация растворенного кислорода в расчетном створе не должна быть менее 4 мг/л в любой период года.

2. Расчетную концентрацию по БПК_полн в очищенных сточных водах из условия сохранения в расчетном створе допустимой концентрации растворенного кислорода определите по формуле:

L^ст_полн = γ × Q_сут × (О^в – 0,4 × L^в_полн – О) – _О_ ,

0,4 × q_сут 0,4

где L^в_полн – полное биохимическое потребление кислорода (БПК) водой водотока, г/м³; L^ст_полн – полное БПК сточной водой, допустимой к сбросу, г/м³; О – минимальное содержание растворенного кислорода водного объекта, принимаемое равным 4 или 6 г/м³; 0,4 – коэффициент для пересчета БПК_полн в БПК₂.

3. Необходимая степень очистки сточных вод может быть определена, если мы знаем, что БПК^ст_полн = 380 мг/л (для сточной воды, поступающей на очистную станцию):

Э_{БПКполн} = БПК^ст_полн – L^ст_полн × 100

БПК^ст_полн

Задание 5. Определить, можно ли произвести сброс нагретых сточных вод с T_ст = 79⁰С в водоток коммунально-бытового водопользования со среднемесячной температурой воды T_в = 21⁰С, при условии, что кратность разбавления сточной воды в водотоке n = 16.

Ход решения: 1. При таких условиях температура сточной воды, подлежащей сбросу, определяется по формуле:

T_ст ≤ n × T_доп + T_в , где

T_доп – допустимое повышение температуры (не должно превышать 3,0⁰С).

2. Сделать вывод о наличии или отсутствии необходимости мероприятий по охлаждению сточных вод. Если такая необходимость имеется, то на сколько градусов должны быть охлаждены сточные воды?

Практическая работа № 4