Задания для самостоятельной работы

1.Рассчитать суммарную массу отходов от механической линии серебрения деталей за год: массу выбросов в атмосферу, сброс ионов тяжелых металлов в водоем, массу шламов. Для расчета использовать данные Приложения 1.

2. Рассчитать суммарную массу отходов от линии гальванического покрытия деталей за год: массу выбросов в атмосферу, сброс ионов тяжелых металлов в водоем, массу шламов. Для расчета использовать данные Приложений 1 – 2.

Практическое занятие 2 Определение условий спуска сточных вод в водоёмы и прогнозирование их санитарного состояния

Цель работы: рассчитать допустимое содержание загрязняющих веществ в сточных водах предприятия перед спуском в водоем.

Для загрязняющих веществ (ЗВ) в поверхностных водах устанавливаются допустимые концентрации загрязняющих веществ, исходя из лимитирующих показателей вредности (ЛПВ), которые объединены в три группы:

-санитарно-токсикологический

-общесанитарный

-органолептический

Качество поверхностных вод (уровень загрязнения) нормируется в соответствии с конкретными требованиями отдельных источников водопользования:

- хозяйственно-питьевое

- культурно-бытовое

- рыбохозяйственное

Для предприятия устанавливают предельно-допустимый сброс ЗВ (ПДС) – массу сброса ЗВ, которая не должна в пункте водопользования приводить к ухудшению показателей качества воды.

Общесанитарные показатели вредности:

1) БПК_полное. В ближайшем пункте водопользования БПК_полное воды должно составлять 3 мг/л (для хозяйственно-питьевого водоснабжения), ПДК _{БПКполное} = 6 мг/л (для культурно-бытовых целей).

2) Растворённый кислород. Не должен быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 часов дня

3) Водородный показатель рН. Значение рН воды должно быть в пределах санитарных требований (рН = 6,5 – 8,5).

Органолептические показатели вредности:

1) Окраска и запах. Проводится анализ СВ с указанием степени разбавления, при которой окраска и запах СВ исчезают, и сравнение величины разбавления, указанной в анализе, с расчётной величиной разбавления, которое возможно у ближайшего пункта водопользования.

2) Взвешенные вещества. Концентрация взвешенных веществ в СВ у расчётного пункта водопользования не должна увеличиваться более чем на 0,25 мг/л (для питьевых нужд), на 0,75 мг/л (для культурно-бытовых нужд).

3) Температура воды водоёма. Летняя температура воды в результате спуска СВ не должна повышаться более, чем на 3 ⁰С по сравнению с среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца за последние 10 лет.

4) Плавающие примеси. Лабораторным путём определяется разбавление, при котором они становятся незаметными. На поверхности водоёма не должны обнаруживаться плавающие плёнки, пятна минеральных масел и скопление других примесей.

Санитарно-токсикологический показатель вредности

Органические и неорганические вещества. ПДК для растворенных в воде веществ устанавливается по санитарно-токсикологическому или органолептическому лимитирующему показателю вредности (Приложение 3).

Состав и свойства воды должны контролироваться в створе, расположенном на 1 км выше ближайших по течению пунктов водопользования. Поэтому для каждого предприятия, осуществляющего сброс сточных вод в водоток, устанавливается величина предельно-допустимого сброса загрязняющих веществ (ПДС), которая определяется по формуле (2.1):

ПДС = q С_ст (2.1)

где q – расчётный расход сточных вод (м³/ч); С_ст – концентрация вещества в сточной воде г/м³.

При спуске сточных вод вне черты города ПДС для отдельных предприятий рассчитываются с учетом возможного разбавления сточных вод.

а) Определение допустимой концентрации загрязняющего вещества в сточной воде

Концентрация загрязняющего вещества в сточной воде должна быть такой, чтобы с учетом разбавления, в контрольном пункте его концентрация не превышала ПДК. Этим определяется необходимая степень очистки сточных вод.

Связь между выбранной степенью очистки СВ перед спуском их в водоём и санитарными требованиями к условиям спуска СВ в водоём выражается формулой:

(2.2)

где Q и q – соответственно расчётные расходы воды в реке и СВ (определяются проектной организацией);

С_ст и С_р – концентрация загрязнения одного вида в СВ и в реке до места спуска СВ;

С_п.вод – концентрация загрязнителя перед расчётным пунктом водопользования;

 – коэффициент смешения (доля расхода реки, участвующая в разбавлении СВ).

Величина коэффициента смешения для проточных водоёмов определяется по методу Фролова-Родзиллера:

где ;

где L – расстояние по форватеру от места выпуска СВ до створа, расположенного на 1км выше по течению от границы ближайшего пункта водопользования;

 - коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения,

 – коэффициент, зависящий от места выпуска СВ в водоём; при выпуске у берега =1, при выпуске в стрежень реки =1,5;

 - коэффициент извилистости реки, который равен отношению расстояния по фарватеру от места выпуска СВ до створа ближайшего пункта водопользования (L_ф ) к расстоянию до этого же пункта по прямой (L_прям ), т.е.

E – коэффициент турбулентной диффузии, который для равнинных рек определяется по формуле:

,

где V_cр – средняя скорость течения на участке между выпуском СВ и створом пункта водопользования;

H_ср – средняя глубина водоёма на том же участке.

Чтобы определить, до какой концентрации (С_{пред.доп.}) следует очищать СВ, чтобы на подходе к первым пунктам водопользования степень загрязнения водоёма не нарушала нормальные условия водопользования пользуются формулой, справедливой для одиночного стока, загрязнённого одним веществом:

(2.3)

С_{ст.пред.} – максимальная (предельная) концентрация, которая может быть допущена в СВ. Эта величина кладётся в основу проектирования мероприятий по уменьшению загрязнений. Если C_{ст.предельная.}  С_{ст.предприятия} то необходима глубокая очистка СВ. В данных условиях по технико-экономическим соображениям строительство предприятия нецелесообразно.

Из формулы (2.1) выражают концентрацию загрязняющего вещества перед расчётным пунктом водопользования:

(2.4)

Если С_п.вод  С_{пред.доп.}, то прогноз санитарного состояния водоёма благоприятный. Если С_п.вод  С_{пред.доп.}, то необходимы меры по уменьшению количества или концентрации СВ.

Если в промышленном стоке, который проектируется к отведению в водоём, содержаться вещества разных групп по лимитирующему признаку вредности, то

а) вначале группируются вредные вещества по их лимитирующему признаку вредности (санитарно-токсикологическому или органолептическому);

б) для каждой из этих групп расчёты осуществляются по формулам (2.5) и (2.6):

(2.5)

(2.6)

в) если в стоке содержится вещество, которое лимитируется по другому лимитирующему признаку, к примеру, по влиянию на санитарный режим водоёма, то расчёт отведения стока в водоём по этому веществу осуществляется по формуле (2.3).

Кратность разбавления сточных вод в реке:

(2.7)

В зависимости от свойств загрязняющих веществ, определение необходимой степени очистки СВ ведётся по каждому показателю состава и свойств воды водоёмов согласно Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

б) Определение допустимой концентрации кислоты или щёлочи в стоке

Водородный показатель рН определяется по данным анализа воды водоёма (её рН и щёлочности B) и по номограмме (рис. 2.1). Определяется X_к и X_щ, т.е. количество кислоты и щёлочи (в мл 1н раствора), которое может быть нейтрализовано водой водоёма при условии, что в ближайшем пункте водопользования рН воды останется в пределах санитарных требований (рН = 6,5 – 8,5).

Рис. 2.1. График расчета допустимого спуска в водоем щелочных Хщ и кислых Хк сточных вод

На номограмме сплошные чёрные кривые относятся к X_к, а пунктирные к X_щ. Каждая из этих кривых соответствует определённому значению В – щёлочности воды водоёма. На оси абсцисс отложены значения рН воды того же водоёма, на осях ординат (слева для X_щ , а справа – для X_к) – искомые величины тех количеств кислоты и щёлочи (в мл 1н раствора), которые могут быть спущены в водоёмы. Для определения X_к и X_щ на оси абсцисс находят точку, соответствующую рН воды водоёма. Из этой точки проводится вертикаль до пересечения с кривой линией, соответствующей щёлочности воды водоёма, из точки пересечения проводится горизонталь на правую или левую ось ординат.

Допустимая концентрация кислоты или щёлочи в стоке (в мл нормального раствора) определяется по формулам:

(2.8)

(2.9)

С учетом разбавления:

(2.10)

(2.11)

Если концентрация С_ст (расчётная) окажется меньше концентрации щёлочи или кислоты в стоке, намеченном к спуску (или поступающем в водоём), то требуется предварительная нейтрализация на соответствующей установке.

в) Определение общесанитарных показателей вредности:

1) БПК_полное

Расчёт ведётся с учётом биохимического процесса самоочищения воды от органических веществ сточных вод и органических веществ уже имеющихся в водоёме выше места выпуска сточных вод:

(2.12)

где С_ст – концентрация органических веществ в сточных водах, при которой спуск их в водоём будет соответствовать санитарным требованиям, а именно: в ближайшем пункте водопользования БПК_полное воды водоёма будет в пределах 3-6 мг/л О₂;

С_р – концентрация органических веществ (в БПК_полное ) в воде водоёма до места выпуска сточных вод;

С_{пред. доп} – предельное содержание органических веществ (в БПК_полное ) в створе ближайшего пункта водопользования; ПДК _{БПКполное}= 3 мг/л (для хозяйственно-питьевого водоснабжения), ПДК _{БПКполное} = 6 мг/л (для культурно-бытовых целей);

k₁ и k₂ – константы потребления кислорода (или коэффициенты реаэрации) соответственно органическими веществами сточных вод того или иного производства и воды водоёма (при спуске бытовых сточных вод эти константы могут быть приняты одинаковыми k₁ = k₂ = 0,1); k₁ и k₂ – устанавливаются экспериментально;

t – время продвижения воды водоёма вместе с разбавленными в ней стоками от места выпуска сточных вод до пункта водопользования (в сутках):

где L_cр – расстояние по оси потока, м; V_ср – средняя скорость течения, м/с.

Если значение С_ст, полученное расчётом, больше фактического значения БПК сточных вод, подлежащих спуску в водоём, то биологическая очистка воды не требуется. Если же, наоборот, С_ст оказалась меньше БПК сточных вод, то биологическая очистка перед спуском в водоём обязательна до получения расчётного значения С_ст .

2) Растворённый кислород

По растворённому кислороду проверка производится по приближённой формуле, учитывающей наиболее быстрое потребление кислорода органическими веществами в течение первых двух суток (в расчёте на БПК_полное):

(2.13)

где С_ст – концентрация органических веществ (в БПК_полное), которая должна быть достигнута в процессе очистки сточных вод;

О_р – концентрация растворённого кислорода в речной воде до выпуска сточных вод;

0,4 – доля БПК_полное за двухсуточный период (величина принимается постоянной);

4,0 – минимальная концентрация (в мг/л) растворённого кислорода, которая должна быть обеспечена в водоёме.

Полученная величина С_ст сравнивается с концентрацией сточных вод объекта и делается соответствующий вывод.

Пример 1

Установить целесообразность строительства химического завода в городе К, если спуск сточных вод этого предприятия намечается в реку Н. ниже границы города. При санитарном обследовании водоёма обнаружено, что ниже намечаемого спуска СВ на расстоянии 3 км находится населённый пункт В, который использует воду реки Н для культурно-бытовых целей; питьевое водоснабжение осуществляется из артезианской скважины.

Сведения о сточных водах проектируемого предприятия. Средний расход СВ q = 0,5 м³/c. Состав: бензол – 0,7 мг/л; нитробензол – 0,5 мг/л; ксилол – 0,08 мг/л; ПАВ – 0,1 мг/л.

Данные исследования реки. Средний расход воды в реке Q на участке от города до пункта В равен 50м³/с, средняя скорость течения V = 0,2 м/с, средняя глубина 1,2 м. Санитарные анализы воды реки Н на подступах к городу К отвечают требованиям ГОСТ 17.1.303-77: С_{р бензола}= 0,1 мг/л; С_{р нитробензола}= 0,15 мг/л; C_{р ксилола}= 0; С_{р ПАВ} = 0,17 мг/л. Выпуск сточных вод проектируется в стрежень реки.

Решение

1. Коэффициент турбулентной диффузии

,

2. Коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения

 = 1,5 при выпуске сточных вод в стрежень реки;  =1 для прямого участка от К до В.

3. Коэффициент смешения

,

L = 3 – 1 = 2 км

4. Группируем вредные вещества по их лимитирующему признаку вредности:

I санитарно-токсикологический: бензол, нитробензол;

II органолептический: ксилол, ПАВ.

5. Концентрация веществ у пункта В

(мг/л)

(мг/л)

(мг/л)

(мг/л)

6. Составляем уравнения для веществ одного лимитирующего признака:

Так как условия спуска сточных вод не обеспечивают нормальное санитарное состояние реки Н на подступе к пункту В, то строительство химического завода нецелесообразно в городе К.

Пример 2

Определить соответствие санитарным требованиям выпуск СВ в реку с расходом q = 0,5 м³/с по органолептическим (окраска, запах, содержание вредных веществ, температура), санитарно-токсикологическим признакам вредности, показателю содержания взвешенных веществ для населённого пункта со вторым видом водопользования по следующим данным.

Характеристика СВ. Окраска исчезает в столбике высотой 10 см при разведении 1:6. Плавающих примесей нет. Запах неопределённый, фенольный, исчезает при разведении 1:10. Содержание взвешенных веществ 200 мг/л. Фенол – 2,2 мг/л, свинец – 0,4 мг/л. Температура СВ (летом) - 3540 ⁰С.

Характеристика реки. Расход воды – 30 м³/c, коэффициент смешения от места спуска до пункта водопользования – 0,23. Содержание взвешенных веществ – 8 мг/л, свинец – 0,02 мг/л. Фенол отсутствует. Температура воды для наиболее тёплого летнего месяца 15 ⁰С.

Решение

1. Разбавление сточных вод у пункта водопользования

(раз)

2. Органолептические показатели вредности.

а) Запах. Запах исчезает при разбавлении 1:10, следовательно, качество воды по этому показателю не изменится.

б) Окраска. Так как по данным анализа окраска исчезает в столбике высотой 10 см при разведении 1:6, а при подходе к населённому пункту (со вторым видом водопользования) происходит разбавление в 14,8 раз, то качество воды не ухудшится.

в) Фенол. Независимо от вида водопользования содержание фенола в воде водоёмов у расчётного пункта не должно превышать 0,001 мг/л.

Концентрация фенола в реке по условию С_р = 0.

Допустимая концентрация фенола в стоке:

(мг/л)

Так как в стоке содержится 2,2 мг/л фенола, что много больше расчётного значения – 0,015 мг/л, то требуется тщательная очистка сточных вод.

г) Температура. Расчёт проводится с учётом санитарных требований, чтобы летняя температура речной воды не повышалась в результате спуска сточных вод не более чем на 3⁰С. Максимальная допустимая температура сточных вод:

⁰С

Так как температура сточных вод летом не повышалась выше 40 ⁰С, поэтому меры к её понижению не нужны.

3. Санитарно-токсикологический показатель вредности.

Допустимая концентрация свинца в сточных водах с соблюдением санитарных требований к воде водоёмов у расчётного пункта водопользования

(мг/л)

ПДК_{сан.-ток.} Pb⁺² = 0,1 мг/л

Концентрация свинца в сточных водах 0,4 мг/л, расчётная величина допускает большую его концентрацию в стоке, поэтому очистка сточных вод не требуется.

4. Показатель содержания в воде взвешенных веществ. Для данного вида водопользования С_{допустимое} = 0,75 мг/л

(мг/л)

В стоке содержится 200 мг/л взвешенных веществ, что значительно превышает расчётное значение – 17,4 мг/л, поэтому требуется тщательная механическая очистка сточных вод до их спуска в водоём.

Пример 3

В водохранилище, рН воды которого 7,25, щёлочность 3 мл нормального раствора кислоты проектируется сброс щелочных стоков с титритной щёлочностью 50 мл нормального раствора кислоты. При подходе к расчётному пункту водопользования наблюдается 30-кратное разбавление сточных вод. Определить допустимую концентрацию щёлочи в производственном стоке и сделать вывод о необходимости предварительной нейтрализации стока.

Решение

1. Находим максимальное количество щёлочи X_щ, которое может быть добавлено к 1л воды водоёма с соблюдением санитарных требований

рН_{воды водоёма} = 7,25; В_{щёлочность} = 3 (мл нормального раствора кислоты);

по графику (Рис.3) X_щ = 0,5 (мл нормального раствора кислоты)

2. (мл нормального раствора кислоты)

3. Проектируемая щёлочность - 50 мл больше допустимой расчётной щёлочности – 14,5 мл, следовательно, стоки нуждаются в предварительной нейтрализации.