3.2. Расчет концентрации веществ, попавших в водоем со сточными водами

Концентрация вредных веществ, поступивших в водоем со сточными водами, по мере удаления их от места ввода уменьшается.

Для веществ, которые называют консервативными, концентрация изменяется только вследствие их разбавления. Для неконсервативных веществ концентрация изменяется вследствие протекания химических, физико-химических и биохимических процессов, которые называют процессами самоочищения. Процессы разбавления и самоочищения характеризуют обезвреживающую способность водоема.

Уровень воздействия на окружающую среду (водоем) не превысит допустимого, если в расчетном створе водозабора или водоиспользования будет выполняться условие (33) для всех загрязняющих веществ по всем видам ЛПВ, которые следует учитывать для данной категории водоема.

Учет процессов самоочищения допускается лишь в ограниченных случаях, поэтому рассмотрим методику расчета концентрации веществ, которая уменьшается только за счет разбавления сточных вод.

Концентрацию консервативных веществ в максимально загрязненной части струи после перемешивания определяют по величине кратности разбавления n_p по формуле

c = c_Ф + (с₀ - c_Ф) / n_p , (34)

где c_Ф – концентрация загрязняющего вещества до выпуска сточных вод (фоновая), с₀ – концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, мг/л.

Для водоемов с направленным течением кратность разбавления можно определить по формуле

n_p = 1 + m_cV_в / V_св, (35)

где v_св – объемный расход сточных вод, м³/с V_в – объемный расход воды в водоеме, м³/с m_c – коэффициент смешения, показывающий, какая часть воды участвует в смешении.

Величину m_c можно рассчитать по методу Фролова-Родзиллера, который основан на решении дифференциального уравнения турбулентной диффузии при следующих допущениях:

- речной поток считается безграничным;

- зона начального разбавления отсутствует (для рек она значительно короче, чем для озер);

- выпуск сточных вод сосредоточенный.

Коэффициент смешения для рек определяется по формуле

. (36)

Здесь –коэффициент, характеризующий гидравлические условия смешения,

- коэффициент, характеризующий условия сброса (для берегового выпуска  = 1, для выпуска в сечении русла  = 1,5 ),

 - коэффициент извилистости русла,  = L / L_п,

L, L_П – расстояния от места выпуска до расчетного створа (м), по фарватеру и по прямой линии;

D_Т – коэффициент турбулентной диффузии, определяемой по формуле Караушева

, (37)

где g – ускорение силы тяжести ( g = 9,81 м/c²),

Н_р – средняя глубина русла по длине смешения (м),

w_x - средняя по сечению русла скорость течения реки на удалении L от места выпуска сточных вод (м/с),

с_ш = 40…44 м^0,5/с – коэффициент Шези,

М_ш – функция коэффициента Шези, для воды М_ш = 22,3 м^0,5/с.

Расстояние до створа практически полного смешения (m_с = 0,9) можно найти по формуле

. (38)

Условия смешения сточных вод с водами озер и водохранилищ значительно отличаются от условий смешений в реках. Концентрация значительно уменьшается в начальной зоне, но полное перемешивание происходит на значительно больших удалениях от места выпуска, чем в реках.

Кроме того, неустойчивые значения направлений и скоростей воздуха над озерами и водохранилищами переносят загрязнения в различных направлениях от места выпуска.

Расчет разбавления сточных вод в озерах и водохранилищах проводят методами Руффеля и Лапшева [5,6].