Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая экспертиза. Часть 2. Охрана водных ресурсов. Учебное пособие
.pdf
61
.
10360
325,0
875,0
5
0
V
V
H
S
П
ПДКПДКст.пред
)( ССC
q
Q
С
р
Параметр S всегда < 1. Если же по расчету получается S > 1, то его
принимают равным единице.
3.6. Расчетные методы определения условий выпуска
сточных вод в водоемы и прогнозирование их санитарного
состояния
3.6.1. Определение условий сброса сточных вод
Методы определения условий сброса сточных вод опираются на:
– предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в
воде водных объектов как государственный фактор, регулирующий
условия выпуска сточных вод.
– представление о гидрологических и гидродинамических закономерностях.
Основная расчетная формула имеет следующий вид:
q∙CCT + γ ∙Q∙Cр = (q + γ∙Q)∙C
п. вод
,
где Q и q − расчетные расходы воды в реке и сточных вод соответственно; ССТ и Ср − концентрация загрязнения одинакового вида соответственно в сточных водах и в реке до места спуска сточных вод; γ −
коэффициент смешения; C
− концентрация загрязнения перед рас-
п. вод
четным пунктом водопользования.
Если вместо C
поставить С
п. вод
q∙CCT + γ ∙Q∙Cр = (q + γ∙Q)∙C
, то формула примет вид
ПДК
ПДК
В таком виде формула устанавливает связь между санитарными
требованиями к условиям спуска сточных вод в водоемы, составом и
свойствами воды водоема и необходимой степенью очистки сточных
вод перед спуском их в водоем. Из этого уравнения можно найти максимальную (предельную) концентрацию, которая может быть допущена в сточных водах С
, при которой после их смешения с водой
ст.пред
водоема в расчетном створе или у первого расчетного пункта водопользования степень загрязнения не превзойдет установленного предела С
ПДК
:
Таким образом, значение С
кладут в основу проектирования ме-
ПДК
роприятий по уменьшению загрязнения, чтобы достигнуть условий
62
Qq
CQCq
С
p
ст
ож
отведения сточных вод, соответствующих санитарным требованиям.
"Правила охраны поверхностных вод" запрещают спуск сточных
вод в водоемы в ряде случаев, когда:
− сточные воды могут быть устранены путем рациональной техно-
логии;
− могут быть использованы в системах оборотного водоснабжения.
Разрешается сброс сточных вод при условии соблюдения требований и нормативов качества воды в контрольном створе или у ближайшего пункта водопользования.
Это может быть достигнуто сочетанием технологических и санитарно-гигиенических мероприятий с разбавлением сточных вод водой
водного объекта.
Однако имеются случаи, когда разбавление в воде водных объектов
не допускается и когда спуск в водоем сточных вод должен быть практически исключен. Так, если вода водоема к месту предполагаемого
нового спуска сточных вод уже загрязнена, причем Ср ≥ С
С
должна быть равна или меньше С
ст. пред
С
ст. пред
≤ С
:
ПДК
ПДК
, то
ПДК
Это означает, что нормативные требования должны быть отнесены
не только к воде водного объекта, но и к сточным водам. В этом случае
необходима глубокая очистка сточных вод.
3.6.2. Прогнозирование санитарного состояния водоема у места
сброса сточных вод
Основное уравнение разбавления может быть использовано и для
прогнозирования санитарного состояния водного объекта у пункта
водопользования (C
) при заданном составе и количестве сточных
п. вод
вод q∙CCT, условий отведения сточных вод q∙Q и исходном санитарном
состоянии водного объекта С
до проектируемого выпуска сточных
р
вод. Уравнение решается относительно ожидаемой концентрации загрязняющих веществ в воде водного объекта С
:
ож
При С
ож
≤ С
прогноз является благоприятным.
ПДК
Объем и характер мероприятий по улучшению санитарно-
гигиенического состояния водного объекта должен предусматриваться
в зависимости от того, насколько С
превышает С
ож
. Когда эффек-
ПДК
тивность мероприятий оценена, расчет повторяют для подтверждения
того, что С
ож
≤ С
. Это важно для санитарной экспертизы правиль-
ПДК
ности выбора условий спуска сточных вод в водный объект.
63
,
рПДК
ПДКст
СС
СC
n
q
Q
,
)(qqQn
СТ.СРсум
21
СТ2СТ21СТ1
...
...
Сq
qqq
CqCqCq
n
nn
,
)(
ПДК
сум
ПДК
СТ.СР
С
q
СCQ
С
Р
3.6.3. Прогнозирование возможных санитарно-гигиенических
ситуаций в водных объектах при выборе места сброса сточных вод
Когда обсуждается вопрос о выборе места для предприятия и места
выпуска сточных вод, основное уравнение разбавления может быть
использовано в таком виде:
где n − необходимая кратность разбавления в расчетном створе или у
ближайшего пункта водопользования, которая вычисляется по формуле:
где γ − коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода
воды в водном объекте смешивается со сточными водами в расчетном
створе; Q − расход воды в водном объекте; q − расход сточных вод.
Чем меньше необходимая кратность разбавления соответствует ме-
стным условиям, тем более сложными должны быть мероприятия по
уменьшению количества и концентрации сточных вод.
3.6.4. Выпуск сточных вод от нескольких близлежащих
предприятий
Когда в относительной близости один от другого предполагается
несколько выпусков в водный объект с одинаковыми по характеру загрязнениями, но в разной концентрации, все выпуски условно объединяют в один и рассчитывают суммарное количество сточных вод q
среднюю концентрацию С
по следующей формуле:
ст. ср
сум
и
Далее расчет производится с учетом q
сум
и С
ст. ср
:
причем в данном случае C
сопоставляется с С
ст. пред
для установле-
ст.ср
ния степени их соответствия. Если оказывается необходимым уменьшить значение С
, то вопрос, на каком стоке технико-экономически
ст ср
выгоднее осуществить меры по уменьшению количества сточных вод
и их концентраций, разрешается с учетом особенностей каждого стока
в отдельности. При прочих равных условиях доступнее и эффективнее
это осуществить на стоке более высокой концентрации.
64
Qq
CQСq
С
сум
срСТ.СРсум
ож
1
ПДК
...
ПДКПДК
2
2
1
1
i
i
С
СС
1
ПДК
i
i
С
С учетом эффективности запроектированных мероприятий повторно определяют q
сум∙Сст. ср,
которое при сопоставлении с С
покажет
ст. пр
степень достаточности осуществленных мероприятий. Последнюю
можно определить, используя прогнозную формулу для первого пункта водопользования:
Далее С
сопоставляют С
ож
делают соответствующие выводы.
ПДК
3.6.5. Выпуск сточных вод, когда в общем стоке производственные
загрязнения относятся к одной группе по лимитирующему
признаку вредности
Лимитирующий признак вредности (ЛПВ) − санитарно-
гигиенический показатель, характеризующий предельно допустимую
концентрацию вещества с основной качественной стороны. ЛПВ указывает, в каком направлении (при наименьших концентрациях) прежде
всего, появится неблагоприятное влияние производственного загрязнения. В настоящее время величины ПДК веществ в воде водного объекта устанавливаются по тому признаку вредного воздействия (влияние на здоровье населения, на органолептические свойства воды или
общее санитарное состояние водоема), который характеризуется наименьшей пороговой концентрацией. Так как этот признак вредности
определяет характер наиболее вероятного неблагоприятного действия
наименьших концентраций каждого вещества, он получил название
лимитирующего признака вредности. В нашей стране принята классификация загрязнений по следующим видам ЛПВ: общесанитарному,
органолептическому, санитарно-токсикологическому, токсикологическому и рыбохозяйственному.
Когда в общем стоке производственные загрязнения относятся к
одной группе по лимитирующему признаку вредности, но характеризуются различной величиной ПДК и содержатся в стоке в разных концентрациях, учет особенности комбинированного действия должен
осуществляться по уравнению
Если
, то рассматриваются возможные способы умень-
шения концентрации каждого из веществ в воде. При этом в процессе
проектирования стараются выбрать те вещества, концентрацию кото-
65
,1 b
q
Q
pm
,100Д
С
mС
П.Д.СТ
)(1010
СТСТ
LQqLQLq
tt
K
p
К
рых в стоках можно уменьшить наиболее доступными способами. Затем снова выполняют расчет и проверяют условие.
3.6.6. Определение необходимой степени очистки
производственных сточных вод
Взвешенные вещества. Допустимое содержание взвешенных ве-
ществ (мг/л) в спускаемых сточных водах в соответствии с санитарными правилами определяется из уравнения:
γ∙Q∙b + q∙m = (n∙Q + q)∙(b ∙ р),
где γ − коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода
воды в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе;
Q − расход воды в водоеме; q − расход сточных вод, поступающих в
водный объект, м
3
/с; m − содержание взвешенных веществ в сточной
воде; р − допустимое по санитарным правилам увеличение содержания
взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод (в зависимости от вида водопользования, г/м
жание взвешенных веществ в воде водного объекта до спуска сточных
вод, г/м
3
; n − кратность разбавления.
Необходимая степень очистки по взвешенным веществам, %:
3
; р = 0,75 или 0,25); b − содер-
где С − концентрация взвешенных веществ в сточной воде до очистки,
мг/л.
Биологическое потребление кислорода (БПК
). Баланс биохими-
полн
ческой потребности в кислороде смеси речной и сточной воды в расчетном створе выражается уравнением
где К
речной водой; LСТ − БПК
тигнута в процессе очистки; LP − БПК
пуска сточных вод; L
СТ
и К
− константы скорости потребления кислорода сточной и
Р
П.Д
сточной воды, которая должна быть дос-
полн
− предельно допустимое БПК
речной воды до места вы-
полн
смеси реч-
полн
ной воды и сточной воды в расчетном створе; t − продолжительность
перемещения воды от места выпуска сточных вод до расчетного створа, равная отношению расстояния по фарватеру от места выпуска
сточных вод до расчетного створа lср к средней скорости течения воды
в реке на данном участке Vср; γ − кратность разбавления.
Отсюда
66
t
t
t
К
K
p
K
L
LL
q
Q
L
СТ
p
СТ
10
10
10
ПД
ПДСТ
100
ф
СТф
L
LL
Д
min
2
о
С
Если БПК
полн. факт
сточной воды Lф > LСТ, то до выпуска в водный
объект она должна быть очищена. Необходимая степень очистки, %,
определяется выражением:
Растворенный кислород. После выпуска сточных вод в воде водного объекта наблюдается уменьшение концентрации растворенного кислорода до определенного минимума (так называемая критическая
точка), после которого содержание растворенного кислорода начинает
возрастать. Если условно принять
= 4−6 мг/л (для водных объек-
тов хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного водопользования),
то во всех остальных пунктах по течению реки оно, очевидно, будет
выше. Этим самым требование санитарных правил удовлетворяется.
Допустимую максимальную величину БПК спускаемых в водоем
сточных вод определяют, исходя из требований санитарных правил о
сохранении в водоеме минимального содержания растворенного кислорода, равного 4 мг/л, после спуска сточных вод. Расчеты ведут для
величины БПК
. Аналогичным образом производят расчеты и для
полн
кислородного режима рыбохозяйственных водоемов при допустимом
минимальном содержании растворенного кислорода 6 мг/л. Кислородный режим в водоемах определяют для летнего и зимнего периода; в
качестве расчетного следует принимать наиболее неблагоприятный
период, требующий сохранения необходимого содержания кислорода.
Как уже указывалось, окисление органических веществ в водоеме
происходит за счет растворенного кислорода и реаэрации. Кроме того,
в окислении участвует кислород от фотосинтеза, который учитывают
только в расчетах при проектировании окислительных прудов или лагун, где фотосинтезирующим организмам фитопланктона (водоросли
хлорелла и др.) принадлежит ведущая роль.
Наименьшее содержание кислорода в воде водоема после спуска
сточных вод будет наблюдаться в критической точке. Если в этой точке содержание растворенного кислорода будет не меньше 4 мг/л, то во
всех остальных пунктах по течению реки водоема оно, очевидно, будет
больше, и, следовательно, требование санитарных правил будет удовлетворено.
Существует ряд способов определения допустимой нагрузки (S)
сточных вод на водоем по содержанию кислорода, растворенного в
воде водоема.
67
4,0
4
44,0
4,0
СТ
pp
LO
q
Q
L
10)44,0(
5,2
СТ
pp
LO
q
Q
L
Наиболее простой способ расчета основан на учете поглощения
сточными водами только того растворенного кислорода, который подходит с речной водой к месту спуска сточных вод. При этом считают,
что если концентрация содержащегося в речной воде растворенного
кислорода не станет ниже 4 мг/л в течение первых двух суток, то это
снижение не произойдет и в дальнейшем.
Это условие может быть выражено уравнением
α Q Op – (α Q Lp + α L
где Ор − содержание растворенного кислорода в речной воде до места
спуска сточных вод, г/м
3
; αQ − расчетный расход воды, м
вующей в смешении; q − расход сточных вод, м/с; Lp и LСТ − БПК
)0,4 = (α Q + q)4,
СТ
3
/с, участ-
полн
соответственно речной и сточной воды, г/м3; 0,4 − коэффициент для
пересчета БПК
ное; 4 − наименьшая концентрация растворенного кислорода, которая
должна сохраниться в воде водоема, г/м
определяемый лабораторным путем, в двухсуточ-
полн,
3
.
Таким образом, приведенное выше уравнение составлено из условия, что весь наличный запас растворенного в водоеме кислорода QOp
должен быть в такой мере израсходован на окисление органического
загрязнения речной и сточной воды (Q Lp + LСТ)0,4, чтобы в общей
смеси речной и сточной воды (Q + q) концентрация растворенного кислорода была равна или больше 4 мг/л, как это требуется по санитарным правилам. Допустимая концентрация сточных вод при этом условии
Если полученное значение LСТ меньше расчетной концентрации
проектируемых к спуску в водоем сточных вод, то последние должны
быть очищены до концентрации органических загрязнений по БПК
полн
,
равной концентрации LСТ, найденной расчетом.
Второй способ расчета позволяет учитывать процессы поглощения
кислорода сточными водами из речной воды и поверхностную реаэрацию.
При расчете кислородного баланса реки по этому способу, кроме
указанных выше величин, учитывают: а) среднюю скорость движения
воды в водоеме v, м/с; б) температуру воды в реке в расчетный период
Т, °С; в) константы (постоянные величины в соответствующих уравнениях) скорости биохимического поглощения кислорода k1 и скорости
поверхностной реаэрации k2.
Расчет кислородного режима будет более точным и полным в том
68
12
1
12
2
1
1lg
kk
Lk
kkD
k
k
t
a
a
кр
qQ
qLQL
L
p
a
СТ
случае, если все указанные величины определены прямым путем в порядке предварительного изучения участка реки, в который предполагается спускать сточные воды. Если такое предварительное изучение
неосуществимо, прибегают к косвенным приемам определения этих
величин. Например, для установления Т и v используют данные, публикуемые в "Гидрологическом ежегоднике" и других справочниках, а
для установления численных значений k1, k
, О
– данные наблюдений,
2
р
проводившихся на других водоемах, или вычисляют по формулам,
приведенным выше.
Время t перемещения речного потока от места выпуска сточных
вод до того пункта в реке, где наступает максимальный дефицит кислорода, определяется по уравнению
Расчет основан на следующих предпосылках.
Первая предпосылка заключается в том, что практический интерес
представляет определение tкp, т.е. того времени от начала процесса,
когда дефицит кислорода достигает наибольшей величины Dt.
Вторая предпосылка вытекает из нормативных указаний, по которым при любых условиях (т.е при любом дефиците) в воде водоема
должно оставаться 4 мг/л растворенного кислорода. Это значит, что
Dt = Ор − 4,
где О
– количество кислорода в речной воде, которое соответствует
р
его предельной растворимости при заданной температуре, например,
О
= 9,17 мг/л при 20 °С.
р
Третья предпосылка определяется практической целью расчета,
дающего прямой ответ на вопрос о допустимости той нагрузки водоема органическими веществами, которая была определена при расчете
по БПК с учетом частичного окисления (минерализации) органических
веществ при перемещении воды к ближайшему пункту водопользования. Иначе говоря, должно быть проверено, будет ли допускаемое по
БПК загрязнение водоема угрожать его кислородному режиму, т.е.
останется ли в воде 4 мг/л кислорода и в критический момент времени
tкp. При этом условии величина La является средней и определяется из
уравнения
Температура воды. Расчет производится в соответствии с санитарными требованиями, ограничивающими повышение летней темпера-
69
Р
ТТ
q
Q
Т
ДСТ
1
ПДКПДКСТ
)( ССC
q
Q
С
Р
1
1
ППД
в.ПДКВ
1
i
i
i
C
С
СС
туры воды за счет термальных загрязнений, поступающих в водный
объект со сточными водами.
Это условие описывается уравнением
где ТСТ − максимальная температура сточных вод, при которой соблюдается санитарное требование относительно температуры воды в расчетном створе; ТД − допустимое санитарными нормами повышение (не
более чем на 3°С) температуры воды водоема; ТР − максимальная температура воды водоема до места выпуска сточных вод в летнее время.
Общесанитарный показатель вредности. Определение необходимой степени очистки по общесанитарному показателю вредности, а
также по санитарно-токсикологическому и органолептическому показателям вредности, по которым установлены предельно допустимые
концентрации, производится по формуле
Обычно в процессе очистки производственных сточных вод различные вещества одной группы лимитирующего показателя вредности
очищаются неодинаково. Поэтому необходимую степень очистки следует находить для наиболее трудноизвлекаемого из сточной воды компонента. Концентрация же этого вещества в расчетном створе должна
быть
Если условие необходимой степени очистки будет выдержано для
этого вещества, то эффект очистки от других компонентов также будет
обеспечен и санитарные нормы на присутствие нескольких веществ
одной группы ЛПВ соблюдены.
Реакция рН. Согласно общим требованиям к составу и свойствам
воды водоемов у пунктов культурно-бытового водопользования, реакция рН не должна выходить за пределы 6,5−8,5. Этим также обеспечивается нормальный ход процессов самоочищения.
Сточные воды многих отраслей промышленности содержат значительные концентрации кислот и щелочей, которые также попадают в
водные объекты.
Вода естественных водных объектов содержит некоторое количество растворенных солей Са(НСО
жесткости и угольную кислоту в виде растворенного СО
Н2СО
и Mg(НCO3)
3)2
). При спуске в водоем кислых сточных вод протекает реакция:
3
Са(НСО
3)2
+ H
2SО4
= CaSО
+ 2Н
4
, соли карбонатной
2
О + 2СО
2
(свободная
2
2
70
к
К X
q
Q
щ
Щ X
q
Q
При спуске в водоем щелочных сточных вод щелочь нейтрализуется за счет свободной Н2СО
Связь между концентрацией водородных ионов (рН), концентрацией СО2, связанного в виде бикарбонатов (CO
бодной (CO
где 6,52 − значение отрицательного логарифма константы диссоциации СО2 (k = 310
св
), выражается уравнением
2
рН = 6,52 + lg CO
7
); концентрация бикарбонатного и свободного СО
:
3
2NaOH + CO2 = Na
2CО3
бик
− lg CO
2
+ Н2О
бик
) и углекислоты сво-
2
св
2
2
выражена в мг/л.
После решения этого уравнения получим выражение для определения предельной концентрации кислоты и щелочи в сточной воде:
где К и Щ − концентрации кислоты и щелочи в сточной воде, г/л;
γ − коэффициент смешения; Хк и ХЩ − количества кислоты и щелочи,
поступавших в водоем, г/л.
Выполнение всех перечисленных выше мероприятий должно
уменьшать общее количество попадающих в водоемы загрязняющих
веществ.
Вопросы для закрепления материала к главе 3
1. Какова законодательная основа проведения оценки воздействия
на окружающую среду и экологической экспертизы?
2. С какой целью проводится экологическая экспертиза в области
охраны водных объектов?
3. Перечислите основные пути загрязнения гидросферы.
4. Какие данные подлежат учету при проведении экологиче-
ской экспертизы?
5. Какие данные должны быть указаны для каждого вида деятель-
ности при проведении экологической экспертизы?
6. Какая информация необходима при экспертизе по отношению к
источникам питьевого и рекреационного водоснабжения?
7. Что является показателем степени истощения водных ресурсов?
8. Что относится к безвозвратному изъятию поверхностного стока?
9. Охарактеризуйте понятие сточных вод.
10. Какие виды сточных вод вам известны?
11. Куда осуществляется выпуск сточных вод?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]