книги из ГПНТБ / Зак, Г. Л. Самоочищение водоемов основы рационализации гидрологических и санитарно-технических расчетов

линий проводим 'горизонталь до встречи с наклонной, для кото­

рой К2 — Ал =0,06. Из точки пересечения этих кривых опускаем

на верхнюю горизонталь перпендикуляр, который и отсечет на ней точку соответственно равную £=6,7 суток.

Номограмма (см. приложение XXIX) для определения де­ фицита кислорода в точке кислородного прогиба составлена по уравнению (53). Нижняя половина ее — двухъярусная — дает

одну часть общего выражения для Dt, представленную первой частью указанного уравнения, а верхняя дает вторую часть об­ щего итога, выраженного слагаемым Z)fl10~/<2<.

Общий итог должен суммироваться отдельно, и сверху и сни­

зу, и равняться их сумме.

Нижняя половина номограммы построена следующим обра­ зом. По оси абсцисс отложено время протекания воды от точки

смешения до пункта кислородного прогиба, лежащее в пределах

0,01—40 суток. Кривыми, имеющими слепка выпуклую форму, от­ ложены величины Кч—К\, изменяющиеся от 0,01 до 10,0. Пря­ мые, имеющие противоположное направление и наклон слева на-

Во втором ярусе прямыми, имеющими подъем слева направо, нанесены значения La, изменяющиеся от 1,0 до 1000 ма/л. Пря­ мыми, имеющими противоположное направление и уклон слева

направо, даны величины K2t в границах 0,1—2,0: на верх­ ней промежуточной горизонтали отложены числовые величины дефицита кислорода в точке кислородного прогиба, изменяющи­ еся от 0,1 до 15,0 мг!л.

Пусть требуется определить дефицит кислорода в водоеме,

если известно, что время, которое протекает вода до точки мак­ симального кислородного прогиба кривой £ = 5,57 сут,ок, К2 — К\ =

= 0,05; —=0,3; КЛ =0,3; La = 50 и Da =6,5 мг/л.

К2 — Кг

, Отыскав на линии абсцисс точку, соответствующую £ = 5,57 су­

ток, и поднимаясь по ней вверх по пунктирным линиям, нанесен­ ным на номограмме, до промежуточной верхней горизонтали, на­ ходим Dt — 6,4 мг/л.

В верхней части номограммы на горизонтали находится точ­ ка, соответствующая Оа =6,4 лгг/л. от которой по пунктирным

линиям спускаемся к промежуточной горизонтали, на которой и

52

найдем дополнительную величину .дефицита 'кислорода,, /равную

Dt=0,325 ка/л> -

Расчетный дефицит кислорода в точке максимального прогиба кривой равен сумме полученных значений.

9. Основные формулы для расчета биохимического окисления при наличии донных отложений

Использованием указанных в предыдущем разделе формул

полностью исчерпывались расчеты, которыми пользовались до последнего времени для определения кислородного режима водо­ емов. Однако эти формулы охватывали лишь жидкую фазу сточ­ ных вод и совершенно не касались твердых ингредиентов.

Твердая фаза органических загрязнений, поглощающая из во­

ды кислород, не учитывалась, что вызывало серьезные неувязки

теоретических расчетов с фактическим положением дел.

Как известно, нерастворенные загрязнения бытовых сточных

вод при своем биохимическом окислении поглощают около 30— 35% всего кислорода, потребного на полное окисление всех за­

грязнений, имеющихся в стоках. Для целого ряда стоков эта ве­ личина доходит до 60 и даже до 80%. Хотя отстаивание сточных

вод и предусматривается санитарно-техническими мероприятия­ ми, направленными к выделению твердого осадка, тем не менее известно, что практическая эффективность работы отстойника не превышает 70—80%, и что даже биологическая очистка не

обеспечивает полного удаления взвешенных веществ, на долю

которых приходится от 15 до 40% оставшейся потребности в ки­

слороде.

Таким образом, при любом выпуске сточных вод в водоем всегда необходимо считаться с внесением вместе с ними того или иного количества взвешенных веществ, которые в зависимости от гидрологического режима русла реки могут или немедленно

выпасть на дно, или же находиться во взвешенном состоянии десятки и больше километров.

В чем же сказывается влияние взвешенных веществ на во­ доем, и в какой степени они могут изменить кислородный режим его? Скапливаясь часто в одном месте в течение целого года, донные отложения, требующие для своей минерализации и окис­ ления огромного количества кислорода, жадно захватывают его из протекающей воды. Это приводит к резкому снижению содер­ жания кислорода, растворенного в воде. В таких случаях благо­ приятное воздействие оказывают на водоем паводковые воды,

расходы которых превосходят в десятки, а иногда и сотни раз меженные. Эти воды рассеивают донные отложения, унося их по течению реки, где они постепенно минерализуются.

Вопросам изучения донных отложений и кислородного режи­

ма водоемов посвяшена работа доктора биологических наук С. А. Несмеянова [ГО], которая здесь используется.

53

Осаждение взвешенных веществ в проточном водоеме, как уже указывалось выше, подчиняется закону транспортирующей

способности потока. В процессе осаждения взвешенные вещест­ ва жадно поглощают из воды кислород. Согласно исследованиям С. А. Несмеянова, на р. Оке, куда сбрасывались хозяйственно­ бытовые сточные воды вместе с 1П|роиз!водст,венными, полная по­

Взвешенные вещества, осаждающиеся на дно водоема, под­ вергаются сложным биохимическим процессам.

При установившемся режиме водоема накопление веществ,

потребляющих кислород, не может идти бесконечно по той при­ чине, что чем больше этих веществ скапливается в отложениях,

тем сильнее протекают аэробные и анаэробные процессы, в ре­ зультате которых отложения теряют свою потребность в кисло­

роде.

Можно предположить, что через некоторый промежуток вре­ мени должен наступить такой момент, когда ВПК веществ, при­ бавляющихся ,к отложениям, должна сравняться с ВПК массой отложений, теряемой за тот же промежуток времени.

Выявляя условия процесса непрерывного осаждения и распа­ да нерастворенных веществ в водоемах, С. А. Несмеянов вводит

следующие обозначения:

Yак—фактическое суточное увеличение ВПК отложений; Yrf— ВПК продуктов распада, выделяющихся из отложений

в сутки;

Yа — поглощение кислорода поверхностью отложений в сутки;

YaH— суточное уменьшение ВПК отложений за счет ана­

эробных процессов и выноса органических веществ донным населением.

Между указанными выше величинами существует следующая

Величина каждого из указанных здесь слагаемых не посто­ янна, а непрерывно увеличивается, начиная с момента осажде­ ния взвешенных веществ и кончая моментом установившегося равновесия всего процесса. Установление равновесия при накоп-

54

лении веществ, поглощающих кислород в донных отложениях, иллюстрируется диаграммой (рис. 9).

'По оси х на диаграмме откладывается время t в сутках, по

за счет Yпк воз­

растают остальные три члена уравне­ ния. К моменту на­ ступления равнове­ сия YaK исчезает совершенно, а чис­

ловые значения по­ следних трех членов

достигают своей мак­

шенных веществ, отлагающихся на дне определенного участка водоема, зависит от гидрологического режима водоема и мест­ ных условий. Процесс накопления взвеси начинается после спа­ да паводка.

Определение ВПК отложений, накопленных за промежуток времени t, производится на основании следующего уравнения:

Для упрощения расчетов по указанному уравнению составле­ на номограмма (см. приложение XXX).

По оси абсцисс номограммы отложено время накопления донных отложений в сутках в пределах 1,0—365 суток. Кривы­ ми, имеющими подъем слева направо, нанесены константы ско­

рости потребления кислорода отложениями, изменяющиеся от 0,002 до 0,02. Прямыми, имеющими наклон слева направо, пока­

зана потребность в кислороде нерастворенных веществ, осаж­

весь период их хранения, изменяющейся от 4,0 до 4 000 000 кг.

Пусть требуется определить потребность в кислороде нерас­ творенных веществ в отложениях Ьотл, если известно, что пос­

ле весеннего' паводка прошло / = 316,0 суток, что константа рав­ няется Котл =0,0032, а потребность в кислороде нерастворен-

пых веществ, осаждающихся за сутки на исследуемом участке водоема, Yoc =50 000 кг.

55

Отыскав на линии абсцисс точку, соответствующую t = 316,0

суток, следуем по пунктирной линии до точки, числовое значение которой равно Lomt =2 650 000 кг Ог.

определяется С. А. Несмеяновым из общего баланса процесса

окисления. Ввиду явной необходимости для практических рас­ четов прямого определения этой величины нужно учитывать сле­ дующее. Величина ВПК продуктов распада, выделяющихся из отложений в сутки, зависит от ВПК всех отложений, накоплен­ ных водоемом на определенном его участке, т. е. Ynp должно составлять какой-то процент от Lomjl.

Зависимость Ynp от Lomi лучше всего устанавливать на основании эмпирических исследований.

Учет донных отложений при изучении кислородного режима водоемов основывается на материалах исследований ряда авто­ ров.

Правильный анализ процесса самоочищения водоема возмо­ жен при определении следующих величин: а) количества взве­

56

си, фактически (находящейся на исследуемом участке водоема;

б) конечной и начальной БПК воды и в) конечного и начально­

го содержания кислорода в воде.

Указанные величины желательно связать с характерным для гидравлического режима водоема фактором—коэффициентом турбулентной диффузии (см. главу третью). Для рассматрива­ емого участка реки необходимо иметь сведения об уклоне русла реки, ее ширине и конфигурации в плане.

Для определения фактического содержания взвеси в водоеме автором составлена следующая формула:

где: Вк — конечное фактическое содержание взвеси;

Вн— начальное фактическое содержание взвеси;

Вп, — потенциальное (минимально возможное) содержа­ ние взвеси в начальной точке;

Вп,— потенциальное содержание взвеси в конечной точке. Для определения показателя взвеси 6 автором составлена

номограмма (см. приложение XXXI).

Принципы (построения номограммы приводятся в главе седь­ мой.

Для определения БПК на основании материалов ряда иссле­ дований водоемов автор вывел следующую формулу:

где: La — суточная полная БПК в точке А; Lb — то же, в точке 5;

LB—полная БПК в точке Б при отсутствии взвеси;

Yос—потребность в кислороде нерастворенных веществ,

осаждающихся за сутки на исследуемом участке во­ доема;

—показатель БПК, определенный на базе эксперимен­ тальных исследований.

Для определения показателя БПК составлена номограмма

(см. приложение XXXII), по которой этот показатель принимает­ ся в зависимости от коэффициента турбулентной диффузии

донного участка водоема.

Определение содержания кислорода в расчетном сечении про­

изводится из сопоставления кислородного режима при отсутст­ вии взвеси и при ее наличии. Количество кислорода в конечной точке при отсутствии взвеси определяется, как уже указывалось

выше, по формуле (53).

Наличие взвеси сильно усложняет определение конечного со­ держания кислорода. Путем анализа материалов исследований можно найти зависимость между потребностью в кислороде не-

57

растворенных отложений Готл и выделяющихся из донных от­ ложений продуктов распада, поглощающих собой часть раство­

ренного кислорода ДО.

В результате исследований автор остановился на следующей зависимости указанных выше величин:

определяется по номограмме (см. приложение XXXIII), состав­ ленной автором. Показатель [3 принимается также в зависимости от коэффициента турбулентной диффузии е.

Более детально рассматриваемые вопросы освещаются в гла­

ве седьмой.

Глава шестая

ЕСТЕСТВЕННАЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ КИСЛОТНЫХ

ИЩЕЛОЧНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

10.Основные формулы расчета естественной нейтрализации

Промышленные сточные воды, выпускаемые в водоемы, ча­ сто содержат значительные количества кислот или щелочей.

Повседневные наблюдения показывают, однако, что в зависи­ мости от мощности водоема и гидравлических условий на опре­ деленном расстоянии от места выпуска активная реакция водое­ ма вновь становится близкой к первоначальной.

Как известно, под активной реакцией (pH) подразумевается

наличие в водоеме кислотных и щелочных свойств, обусловлен­ ных концентрацией в виде ионов водорода (Н+) и гидроксила (ОН~). Величина активной реакции определяется отрицатель­

ным десятичным логарифмом от концентрации ионов водорода.

При нейтральной реакции pH 1g 10~7 = 7,0. Если активная реак­ ция более 7,0, то вода щелочная, менее — кислая.

Активная реакция воды играет важную роль, оказывая влия­

ние на биологические процессы. Всякий водоем можно рассмат­ ривать как биологическое сообщество. Замечено, что в среде, где осуществляются сложные биологические процессы, актив­

ная реакция отличается постоянством. Классическим приме­ ром такой среды может служить кровь высших животных, где сравнительно незначительное отклонение, или нарушение нор­

мальной величины активной реакции, наблюдаемое в патологи­ ческих условиях, ведет к весьма резкому нарушению нормаль­

ных физиологических функций и к смерти организма. Активная реакция водоема отличается также значительным

постоянством. Она регулируется за счет определенных физикохимических явлений вследствие наличия в нем особой буфер­ ной системы, автоматически ее регулирующей.

58