Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные методы исследования очистки сточных вод. Учебное пособие для лекционных и лабораторных занятий магистрантов специальности 270800 «Строител
.pdf
КОРЗУН Н.Л., КУЗНЕЦОВ И.Б.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД
(учебное пособие для лекционных и лабораторных занятий магистрантов
ВВм)
Саратов
2014
УДК 54.084
ББК 35
Корзун Н.Л., Кузнецов И.Б.
Современные методы исследования очистки сточных вод. Учебное
пособие для лекционных и лабораторных занятий магистрантов
специальности 270800 «Строительство», магистерской программы
«Инновационные технологии водоотведения, очистки сточных вод, обработки
и утилизации осадков (ВВм) / Н.Л. Корзун, И.Б. Кузнецов. — Саратов:
Издательство «Вузовское образование», 2014. — (Высшее образование). —
166 с. — Док. опубл. не был. — Доступ с сайта ЭБС IPRbooks.
Учебное пособие предназначено для изучения дисциплины
«Современные методы исследования очистки сточных вод». Рассматриваются
современные методы исследования очистки сточных вод, критерии уровней
высокого загрязнения вод, мониторинг (исследования) вод различной
природы и назначения, современные методы анализа проб воды и др.
Цель изучения дисциплины Современные методы исследования очистки
сточных вод:
изучение вопросов канализования городов и промышленных предприятий
на современном уровне.
Задачи изучения дисциплины:
научить магистрантов основным методам и направлениям исследований
сточных вод;
привить умение практического использования знаний, необходимых для
обоснования и выбора методов исследования сточных вод
В результате освоения программы дисциплины обучающийся должен
уметь:
формулировать постановку задачи исследования;
выбирать и реализовывать методы ведения научных исследований
анализировать и обобщать результаты исследований, доводить их до
практической реализации
выявлять легитимные и действующие нормативные правовые акты
федеральных органов исполнительной власти, акты Правительства Российской
Федерации;
применять практические навыки по составлению аналитических и
реферативных обзоров;
© Н.Л. Корзун, И.Б. Кузнецов
2
СОДЕРЖАНИЕ
Часть I. Материал для лекционных занятий ...................................................... 4
Тема 1. Общие вопросы исследования воды. Законодательство. Нормирование
и регулирование качества воды в водоёмах ........................................................ 4
Тема 2. Особенности миграции и воздействия на водные организмы
некоторых опасных загрязняющих веществ ....................................................... 21
Тема 3. Мониторинг (исследования) вод различной природы и назначения ... 40
Часть II. Материал для лабораторных занятий ................................................... 77
Лабораторная работа 1. Техника безопасности при работе в лаборатории,
подготовка лабораторной посуды для отбора проб и проведения
исследований ........................................................................................................... 78
Лабораторная работа 2. Определение органолептических и общих свойств
воды (запаха, вкуса, плотности, прозрачности, цветности) ............................. 124
Лабораторная работа 3. Определение физических свойств воды (определение
рН, электропроводности) ..................................................................................... 135
Список нормативных актов, используемых в лабораторных работах ... 146
Список использованных источников литературы ...................................... 147
Контрольные тесты для текущего контроля и для итоговой аттестации по
дисциплине ........................................................................................................... 149
Приложения (перечень приложений) .............................................................. 152
Приложение 1. Сравнительная характеристика отечественных и зарубежных
показателей состава и свойств воды, предназначенной для питьевого
использования (органолептические, обобщенные показатели, неорганические
вещества, показатели радиоактивности .............................................................. 153
Приложение 2. Микробиологические и паразитологические показатели воды,
предназначенной для питьевого использования ............................................... 156
Приложение 3. Научно-исследовательская лаборатория Kачества воды ...... 158
3
Часть I. Материал для лекционных занятий
Тема 1. Общие вопросы исследования воды. Нормирование и
регулирование качества воды в водоёмах
Вода является одним из самых ценных природных ресурсов нашей
планеты, без нее невозможно существование человечества. Антропогенное
загрязнение естественных водоемов началось много веков назад, постоянно
возрастало с развитием цивилизации и в настоящее время достигло
планетарных масштабов.
Растущая озабоченность относительно качества природных, питьевых
вод, вод хозяйственного назначения, безопасности сточных вод привела
различные международные организации (Европейское сообщество, Агентство
по охране окружающей среды США) и объединенные регулирующие органы к
необходимости составления перечня приоритетных загрязнителей и
выработки соответствующих правил для их контроля.
Список приоритетных загрязнителей, принятый Европейским
сообществом (ЕС) в 1982г., насчитывает 129 веществ. Столько же веществ
входит в аналогичный перечень, принятый Агентством по охране
окружающей среды США. Позднее к списку ЕС были добавлены еще три
вещества.
В обоих "черных списках" можно выделить следующие основные группы
веществ:
- неорганические соединения;
- летучие органические соединения;
- органические соединения средней летучести;
- полициклические ароматические углеводороды;
- пестициды, гербициды и бифенилы;
- фенолы;
4
- анилины и нитроароматические соединения;
- бензидины;
- оловоорганические соединения.
В некоторых случаях были установлены максимально допустимые
концентрации. Например, содержание пестицидов и полиядерных
ароматических углеводородов в питьевой воде не должно превышать
0,1 мкг/дм3 (или 0,1 ррв).
Справочно, 1 мкг = 0,001 мг, т.е. 0,1 мкг = 0,0001 мг.
ЕС, в отличие от американского Агентства по охране окружающей среды,
не регламентировало аналитические методы для определения опасных
загрязнителей.
Разрешено использовать любой метод, чувствительность которого
позволяет определять загрязнители на уровне предельно допустимых
концентраций.
Гигиеническими и рыбохозяйственными нормативными документами
установлены нормируемые значения для следующих параметров воды
водоёмов: содержание плавающих примесей и взвешенных частиц, запах,
привкус, окраска и температура воды, значение рН, состав и концентрация
минеральных примесей и растворённого в воде кислорода, биологическая
потребность воды в кислороде, состав и ПДК веществ и болезнетворных
бактерий (Приложения 1 и 2).
Вредные вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем, их
нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под
которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие данного
вещества.
Для водоёмов питьевого и культурно-бытового использования применяют
три типа ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и
органолептический, для водоёмов рыбохозяйственного типа – применяют ещё
5
два вида ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный. В таблице 1.1.,
Вещество
Водоёмы I категории
Водоёмы II категории
ЛПВ
ПДК,
г/м3
ЛПВ
ПДК,
г/м3
Бензол
Санитарнотоксикологический
0,500
Токсикологический
0,500
Фенолы
Органолептический
0,001
Рыбохозяйственный
0,001
Бензин,
керосин
Органолептический
0,100
Рыбохозяйственный
0,050
Сd2+
Санитарнотоксикологический
0,010
Токсикологический
0,005
Cu2+
Органолептический
1,000
Токсикологический
0,010
Zn2+
Общесанитарный
1,000
Токсикологический
0,010
Цианиды
Санитарнотоксикологический
0,100
Токсикологический
0,050
Cr6+
Органолептический
0,100
Токсикологический
0,00000
приведены ПДК некоторых веществ в воде водоёмов.
Таблица 1.1. Предельно допустимые концентрации некоторых
вредных веществ в водоёмах
Санитарно-гигиеническое или рыбохозяйственное состояние водоёма
отвечает требованиям норм при выполнении неравенства:
, (1.1)
здесь: n – число вредных веществ в водоёме, относящихся, положим, к
«санитарно-токсикологической» группе вредных веществ;
Ci – концентрация i-го вещества из данной группы вредных веществ;
m – номер группы вредных веществ, например, m = 1 – для «санитарно-
токсикологической» группы вредных веществ, m = 2 – для «общесанитарной»
группы вредных веществ и т.д. – всего пять групп.
При этом должны учитываться фоновые концентрации Cф вредных
веществ, содержащихся в воде водоёма до сброса сточных вод. При
6
преобладании одного вредного вещества с концентрацией С в группе вредных
веществ данного ЛПВ должно выполняться требование:
, (1.2)
Использование соотношения (1.1) основано на допущении применимости
принципа аддитивности вредностей разных веществ, относящихся, например,
к четвёртой, «токсикологической» группе вредных веществ. То есть
допускается, что интегральная «вредность» многокомпонентной системы
вредных веществ может быть определена как арифметическая сумма
«вредностей» отдельных компонент.
Между тем известно явление синергизма, когда два или более вредных
(ядовитых) веществ могут дать эффект вредного действия на организм, во
много раз превосходящий сумму действия каждого из них.
Установлены предельно-допустимые концентрации (ПДК) для более 400
вредных основных веществ в водоёмах питьевого и культурно-бытового
назначения, а также, более 100 вредных основных веществ в водоёмах
рыбохозяйственного назначения.
Для сточных вод ПДК не нормируются, а определяются нормативы
допустимого количества сброса вредных примесей (НДС).
Поэтому минимально необходимая степень очистки сточных вод перед
сбросом их в водоём определяется состоянием водоёма, а именно, фоновыми
концентрациями вредных веществ в водоёме, расходом воды водоёма и др., то
есть способностью водоёма к разбавлению вредных примесей.
Запрещено сбрасывать в водоёмы сточные воды:
- если существует возможность использовать более рациональную
технологию, безводные процессы и системы повторного и оборотного
водоснабжения – повторное или постоянное (многократное) использование
одной и той же воды в технологическом процессе;
- если стоки содержат ценные отходы, которые возможно утилизировать;
7
- если стоки содержат сырьё, реагенты и продукцию производства в
количествах, превышающих технологические потери;
- если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены
ПДК.
Режим сброса может быть единовременным, периодическим,
непрерывным с переменным расходом, случайным. При этом необходимо
учитывать, что расход воды в водоёме (дебет реки) изменяется и по сезонам, и
по годам. В любом случае должны удовлетворяться требования условия (1.2).
В соответствии с изложенным, одной из задач мониторинга и
регулирования качества вод в водоёмах является задача определения
допустимого состава сточных вод.
Уравнение баланса растворённой примеси при сбросе её в водоток (реку)
с учётом начального разбавления в створе выпуска имеет вид:
, (1.3)
здесь: Ссm, С
р.с
, С
– концентрации примеси в сточных водах до выпуска в
ф
водоём, в расчётном створе и фоновая концентрация примеси соответственно,
мг/кг;
no и n
– кратность разбавления сточных вод в створе выпуска
р.с
(начальное разбавление) и в расчётном створе, соответственно.
Начальное разбавление сточных вод в створе их выпуска:
, (1.4)
где: Qo = LHV – часть расхода водостока, протекающая над
рассеивающим выпуском, имеющим, положим, вид перфорированной трубы,
уложенной на дно, м3/с;
q – расход сточных вод, м3/с;
L – длина рассеивающего выпуска (перфорированной трубы), м;
H, V – средние глубина и скорость потока над выпуском, м и м/с.
8
После преобразования получим, что
(1.5)
При LHV >> q
(1.6)
По ходу водостока струя сточной воды расширяется (за счёт диффузии,
турбулентной и молекулярной), вследствие чего в струе происходит
перемешивание сточной воды с водой водотока. В конечном счете, створ
(сечение) струи расширится до створа водотока. В этом месте достигается
максимально возможное для данного водотока разбавление вредной примеси.
В зависимости от величин кратности начального разбавления, ширины,
скорости, извилистости и других характеристик водотока концентрация
вредной примеси (С
) может достигнуть значения её ПДК в разных створах
р.с
загрязнённой струи. Чем раньше это произойдёт, тем меньший участок
(объём) водотока будет загрязнён вредной примесью выше нормы.
Понятно, что самый подходящий вариант - когда условие (1.2)
обеспечивается уже в самом месте выпуска и, таким образом, размеры
загрязнённого участка водотока будут сведены к нулю.
Расстояние от створа выпуска до расчётного створа, то есть до створа с
заданной величиной кратности разбавления, n
или – что фактически тоже – с
р.с
заданной концентрацией вредной примеси, например, равной её ПДК будет
равно:
, (1.7)
где: А = 0,9…2,0 – коэффициент пропорциональности, зависящий от
категории русла и среднегодового расхода воды водотока;
В – ширина водотока, м;
9
х – ширина части русла, в которой не производится выпуск (труба не
перекрывает всю ширину русла), м;
j – коэффициент извилистости русла: отношение расстояния между
створами по фарватеру к расстоянию по прямой;
Reд = V H / D – диффузионный критерий Рейнольдса.
Расширение загрязнённой струи по ходу водотока происходит, в
основном, за счёт турбулентной диффузии, её коэффициент
, (1.8)
где: g – ускорение свободного падения, м2/с;
М – функция коэффициента Шези для воды. М=22,3 ;
С
– коэффициент Шези, Сш=40…44 .
ш
После потенцирования получается значение n
в явном виде:
р.с.
. (1.9)
Подставив выражение для n
в (2.4) и полагая С
р.с
= ПДК, получаем:
р.с
(1.10)
Уравнение (1.10) означает: если при начальном разбавлении,
определяемом величинами L, H, V, и при известных характеристиках водотока
j, А, В, х, Reд, Сф необходимо, чтобы на расстоянии S от выпуска стоков
концентрация вредного вещества была на уровне ПДК и меньше, то
концентрация вредного вещества в стоках перед сбросом не должна быть
больше величины Ccm, вычисляемой по (1.10). Перемножив обе части (1.10) на
величину q, приходим к тому же условию, но уже через норматив
допустимого сброса Ccm q = НДС:
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]