Определение условий спуска сточных вод в водные объекты

Контроль и управление качеством воды в водных объектах предусматривают решение следующих задач:

• определение требуемой степени очистки (обезвреживания, обеззараживания) сточных вод;

• установление возможной и достаточной степени разбавления сточных вод до неопасных концентраций в пунктах водопользования (при выборе места под строительство нового предприятия);

• прогнозирование качества воды на заданную перспективу.

Эти задачи решаются как для проточных, так и для непроточных водоемов.

Здесь мы будем рассматривать только ситуации, связанные с проточными водоемами (т. е. водотоками), используя их в качестве примера.

При поступлении сточных вод с концентрацией примесей С_ст в природный объект происходит их смешение и разбавление в общем случае по уравнению (32):

где Q и q — расход воды соответственно в реке и сточных водах, м³/с; γ — коэффициент смешения, учитывающий особенности водотока; С_р — концентрация примесей в воде водотока; С_п.п.в — концентрация данного вещества перед расчетным пунктом водопользования (в общем случае на расстоянии 0,5—1,0 км выше по течению перед пунктом водопользования).

Преобразуя (32), имеем (33):

Это уравнение позволяет прогнозировать санитарное состояние воды при всех заданных и известных характеристиках водного объекта. Прогноз осуществляется путем сравнения С_п.п.в с установленным для данного вещества значением ПДК. Если С_п.п.в≤ПДК, то прогноз благоприятен, и следовательно, меры, принимаемые предприятием для очистки или разбавления сточных вод, достаточно эффективны. В противном случае необходимо принимать меры по уменьшению количества сточных вод или содержания в них загрязняющего вещества с помощью технических приемов (очистка, сокращение потребления воды, совершенствование технологий и т. п.).

Вторая задача — определение максимальной предельной концентрации вредного вещества в сточных водах С_ст._пред — решается при помощи уравнения (34):

Таким образом, С_{ст.пред} кладется в основу проектирования мероприятий по охране водного объекта. Использование 34 предупреждает также о тех условиях, при которых разбавление стоков в природной воде невозможно и сброс должен быть исключен. Например, если вода водотока до места сброса уже загрязнена так, что С_р=ПДК, то выражение в скобках равно 0, и С_{ст.пред} = ПДК. Значит, ПДК = ПДС. Если же С_р > ПДК, то сброс вредных веществ недопустим и предприятие не должно иметь стоков.

Определение необходимой степени очистки сточных вод

Для того чтобы определить степень очистки или разбавления сточных вод до их сброса в водоток, необходимо учесть ряд гидрологических характеристик. Для этого и существует интегральный показатель — коэффициент γ, определяемый по формуле Фролова—Родзиллера (35):

где (36)

Здесь L — расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до ближайшего створа водопользования, м; α — коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения и определяемый по формуле (37)

где φ — отношение расстояний между местом сброса сточных вод и местом водопользования по фарватеру и по прямой линии; ξ — коэффициент, принимаемый равным 1 при береговом и 1,5 — при стрежневом выпуске сточных вод; Е — коэффициент турбулентной диффузии, который для равнинных рек определяется по средней скорости течения V_ср (в м/с) и средней глубине радиуса H_ср, м (38):

Окончательно кратность разбавления или степень очистки сточных вод (39):

При поступлении сточных вод в непроточные водоемы (озера, водохранилища и т. п.) для аналогичных расчетов используется метод И. А. Руффеля, который мы здесь подробно не рассматриваем. Считается, что полное разбавление сточных вод n_полн в воде водоема является результатом совместного влияния начального разбавления n_нач, происходящего вблизи водовыпуска за счет скорости и турбулентности струи, и основного n_осн, осуществляющегося вследствие диффузии (40):

Значение n_нач определяется по дополнительным формулам в зависимости от особенностей выпуска (глубинный, поверхностный), а n_осн — по графикам-номограммам, приводимым в нормативных документах.