Нормативы предельно допустимых сбросов (пдс)

Принцип установления ПДС как норматива антропогенных воздействий на водные объекты аналогичен нормированию атмосферных загрязнений – соблюдение ПДК.

Установление нормативов ПДС заключается в том, что определяют до какой степени надо очищать сточные воды, чтобы в расчетном контрольном створе не нарушать условие , и в какой степени необходимо разбавлять стоки в контрольном створе. Согласно действующим правилам охраны водных объектов, санитарно-гигиенические требования относятся только к местам или контрольным створам водопользования, а не ко всей акватории водного объекта.

Под контрольным створом понимается поперечное сечение потока, в котором контролируется качество воды. Для водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового назначения контрольный створ располагается в 1 км выше первого по течению пункта водопользования; для водных объектов рыбохозяйственного назначения – на расстоянии не более 500 м и ниже места сброса сточных вод. В случае сброса сточных вод в черте населенных пунктов к таким водам применяются нормативы качества воды поверхностных водных объектов. В непроточных водоемах контрольная зона должна соответствовать нормативам в радиусе 1 км от пункта водопользования.

Величины ПДС определяются для всех категорий водопользователей как произведение максимального часового расхода сточных вод (, м³/ч) на концентрацию в них загрязняющих веществ (, г/м³) в течение фактического периода сброса этих вод по формуле:

(3.24)

Видно, что в уравнении 3.24 используется не фактическое значение концентрации загрязняющих веществ (), а некоторое расчетное значение (), которое необходимо предварительно определить.

ПДС устанавливают для каждого контролируемого вещества с учетом фоновой концентрации, категории водопользования, норм качества воды и ассимилирующей способности водного объекта. Это означает, что расчет ПДС веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами предприятий проводят раздельно для взвешенных веществ, минерального состава (по сухому остатку), хлоридов, сульфатов и т.д. Кроме того, регламентируют следующие свойства сточных вод, для которых нормативы ПДС не рассчитываются: плавающие примеси (вещества), запахи, привкусы, температура, рН, коли-индекс, растворенный кислород.

Расчет ПДС целесообразно проводить одновременно для всех водопользователей речного бассейна или водохозяйственного участка с рассмотрением взаимного влияния выпусков сточных вод. Способы определения ПДС регламентируются соответствующими документами для водных объектов суши («Методические указания по учитыванию ПДС веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами») и морей («Методические указания по установлению ПДС веществ, поступающих со сточными водами в прибрежные воды морей»). Лишь наличие расчетного значения ПДС в сточной воде является основанием для получения разрешения на сброс последней в водный объект.

Сброс сточных вод в зоны санитарной охраны водозаборов и курортных зон запрещен, поэтому ПДС для сточных вод, сбрасываемых в эти зоны не устанавливаются.

Исходные данные для расчета ПДС:

• тип водного объекта и характеристика района его расположения;

• расчетное значение фоновой концентрации ();

• самоочищающая способность водного объекта;

• кратности разбавления сточных вод, соответствующие наихудшим гидрологическим условиям;

• тип выпуска сточных вод;

• место расположения выпуска;

• фактические (или проектные) значения концентрации загрязняющих веществ в сточной воде ();

• утвержденный максимальный часовой расход сточных вод (, м³/ч).

Для получения этих данных необходимо проанализировать материалы гидрологической и гидробиологической характеристик района, годовой сток водоемов различной обеспеченности и его внутригодовое распределение.

Изучаются следующие параметры: сезонные стоки и сезонный сток для года 95%-ной обеспеченности; внутрисезонное распределение стока по месяцам для года 95%-ной обеспеченности; минимальные среднемесячные летние и зимние расходы в расчетных створах. Кроме того, анализируются гидравлические характеристики русел для минимального среднесуточного расхода 95%-ной обеспеченности в расчетных створах. Изучаются сведения о рыбоводстве, судоходстве и лесосплаве.

Санитарное состояние водоемов анализируется по материалам местной санэпидемстанции или санитарно-гигиенических научно-исследовательских организаций. При этом проектировщики определяют следующие данные: характер водопользования и общую санитарную характеристику водоемов по химическому и бактериологическому составу воды; места расположения водозаборов с указанием расхода и назначения отбираемой воды по каждому водозабору и канализационных выпусков; количество и характеристика стоков, сбрасываемых в водоем через выпуски; степень очистки сбрасываемых стоков; расстояние от места проектируемого выпуска очищенных сточных вод до первого населенного пункта и водозабора организованного водоснабжения; требования рыбоохраны к сбросу очищенных сточных вод с точки зрения рыбохозяйственного значения реки; расчетные створы смешения очищенных сточных вод с водой водоема.

Обеспечение требуемых значений ПДС достигается двумя путями:

• разбавлением стоков водой водного объекта и за счет реализации естественных механизмов самоочищения воды;

• строительством инженерных очистных сооружений, если эффективность первого пути оказывается недостаточной.

Вначале оцениваются положительные возможности первого пути на основе исследования процесса смешения и разбавления сточных вод водой водного объекта. Результатом такого исследования является определение значения концентрации загрязняющего вещества в зоне смешения и разбавления вод () с последующим сравнением ее с нормативным показателем качества воды, т.е.. При этом возможны два случая:

1. 

Это означает, что осуществляемое разбавление удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям и тем самым исключает в пределе очистку сбрасываемых сточных вод. В этом случае надобность в расчете ПДС отпадает, а в качестве ПДС принимается фактический сброс загрязняющего вещества.

2. 

Это означает, что для понижения значения до уровнянеобходимо применять специальное водоочистное сооружение. Однако благодаря учету самоочищающей способности водного объекта, условия сброса в него сточных вод смягчаются, а следовательно, требуемая степень их очистки с помощью водоочистного сооружения понижается, что благоприятно сказывается на снижении финансовых затрат на проектные и строительные работы.

Таким образом, методический подход к расчету ПДС предполагает два этапа:

• выполнение расчета основных показателей процесса разбавления и смешения сточных вод с водой водного объекта

• определение расчетной степени очистки сточных вод с помощью водоочистного сооружения (проводится только в случае, если .

Схема водоотведения (сброса) сточной (шахтной) воды и формирование зоны смешения и разбавления вод показаны на рис. 3.6.

Рисунок 3.6 – Схема водоотведения (сброса) сточной (шахтной) воды:

–расход воды в реке; – расход сточной (шахтной) воды;– концентрация загрязняющего вещества в фоновом створе І – І;– концентрация загрязняющего вещества в сточной (шахтной) воде;– концентрация загрязняющего вещества в створе начального смешивания ІІ – ІІ; ІІІ – ІІІ – контрольный створ, располагаемый на расстоянии не менее 1км от поселка городского типа (ПГТ).

Все расчеты осуществляются для наихудших условий водоотведения и характеризуются следующим:

• расчетный расход водотока соответствует максимальному среднемесячному расходу года 95% водной обеспеченности для незарегулированных водотоков или минимальному гарантированному расходу через плотину – для зарегулированных;

• значение показателя в фоновом створе (фоновая концентрация) определяется расчетным путем как статистически обоснованная верхняя граница возможных средних значений (_.); данные о фоновом качестве воды запрашиваются в органах Гидромета;

• нормы качества воды в контрольном створе должны соблюдаться в наиболее загрязненной части потока.

Если природное фоновое содержание веществ выше ПДК, то ПДС устанавливается из условия неулучшения фонового качества воды; если на одном участке водотока ведется разная хозяйственная деятельность, то выбираются наиболее жесткие ПДК.

Рассмотрим этапы расчета ПДС.

Этап 1. Определение максимальной концентрации загрязняющего вещества () в зоне смешения и разбавления вод.

При сбросе сточных вод образуется зона смешения (рис. 3.6), где концентрация загрязняющих веществ непостоянна (сначала имеет место начальное разбавление, а затем происходит основное). Размеры зоны смешения зависят от соотношения расходов сточной воды и воды водного объекта. Для создания наилучших условий разбавления выпуски рекомендуется располагать в области устойчивых течений (не в небольших заливах, затонах, а также не в районах циркуляционных течений).

Интенсивность процессов смешения и разбавления сточных вод характеризуется кратностью (). Под кратностью разбавления понимают отношение суммы количества разбавляемой и разбавляющей воды к количеству разбавляемой воды:

, (3.25)

где – расход сточной воды, м³/ч;

–расход воды в водотоке (реке), м³/ч;

–коэффициент смешения, который показывает, какая часть расхода реки () затрачивается на разбавление сточной воды:

,(3.26)

где – расстояние от выпуска до расчетного пункта, м;

–коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения:

, (3.27)

где – коэффициент извилистости, равный отношению расстояния между выпуском и расчетным пунктом по фарватеру реки () к расстоянию между теми же пунктами по прямой (), т.е.;

–коэффициент, учитывающий расположение места выпуска (при выпуске у берега =1, при выпуске в речной поток=1,5).

Так как в выражении (3.25) отсутствует показатель , то для его выявления используется другое уравнение кратности разбавления:

, (3.28)

где – концентрация загрязняющего вещества (ЗВ) в сточной воде, мг/л;

–фоновая концентрация ЗВ в сточной воде водного объекта, мг/л;

–максимальная концентрация ЗВ в зоне смешения, мг/л.

Поступают следующим образом. Вначале рассчитывается значение nпо формуле (3.25), а затем, зная , по формуле (3.26) определяют значение , которое сопоставляют со значением ЗВ с помощью известных соотношений:

(случай одиночного загрязняющего вещества);

(случай наличия в воде нескольких ЗВ однонаправленного действия).

Если приведенные соотношения окажутся меньше единицы, то осуществляемое разбавление удовлетворяет санитарно- гигиеническим требованиям и надобность в расчете ПДС отпадает, т.е. в качестве ПДС принимается фактический сброс ЗВ. В противном случае ()необходимо выполнить второй этап расчета ПДС, целью которого является определение требуемой степени очистки сточных вод для понижения величины в зоне смешения и разбавления вод с помощью технических средств.

Этап 2. Определение степени очистки сточных вод с помощью технических средств.

Необходимая степень очистки сточных вод () определяется по формуле:

, (3.29)

где – содержание ЗВ в сточной воде; определяется по фактическим замерам путем анализа отбираемых проб воды;

–расчетное содержание ЗВ в сточной воде в контрольном створе, определяемое из условия обеспечения в очищаемой воде ПДК ЗВ с учетом смешения и разбавления сточной воды водой водного объекта, а также его самоочищающей способности.

Оценивая роль показателя , можно сказать, что это такой показатель состава воды, при котором санитарные требования полностью учтены, т.е. допустимые значения показателей качества воды не будут превышены. Его определение является основной операцией этапа расчета необходимой степени очистки сточных вод по любому показателю их качества, которые требуют нормирования в местах хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного назначения. К ним относятся:

• взвешенные вещества (ВЗВ);

• плавающие примеси;

• запахи, привкусы;

• температура;

• рН среды;

• минерализация воды;

• биохимическое потребление кислорода (БПКполн);

• химическое потребление кислорода (ХПК);

• химические вещества (по перечню СанПиН № 4630 – 88, где приведены их ПДК, т.е. );

• возбудители заболеваний;

• кишечные палочки;

• коли-фаги.

Несмотря на отличия физико-химической сущности перечисленных показателей, алгоритм методик их определения принципиально одинаков. Некоторые особенности имеют место лишь при выборе условия санитарной чистоты воды в зависимости от предельно допустимого содержания вещества, т.е. правила нормирования в процессе применения методики. Наиболее четко это прослеживается на примере расчета необходимой степени очистки сточных вод по содержанию в них:

• истинно растворенного нормированного химического вещества (т.е. вещества, на которое имеется в СанПиН № 4630-88 значение ПДК);

• взвешенных веществ (ВЗВ).

Рассмотрим оба случая для водотоков проточных водных объектов (река).

Определение необходимой степени очистки сточных вод по содержанию истинно растворенных нормированных ЗВ. В этом случае целесообразно для уяснения методики расчета рассмотреть два варианта:

• первый («упрощенный») – в воде содержится одно нормированное ЗВ, концентрация которого ;

• второй («более сложный») – в воде содержатся несколько различных ЗВ, но одной группы лимитирующего признака вредности; их концентрации .

Вариант 1: в сточной воде содержится одно нормированное ЗВ с концентрацией _.. Определениеосуществляется путем составления и последующего анализа материального баланса загрязняющего вещества в различных водах:

, (3.30)

где – вес загрязняющего вещества соответственно в сточной воде (), в исходной воде водного объекта () и зоне смешения и разбавления сточной воды водой водного объекта ().

Каждое слагаемое баланса можно записать как произведение концентрации загрязняющего вещества на расход (производительность) того вида воды, в котором содержится вещество. Следовательно, уравнение (3.29) примет вид:

(3.31)

Требуемая степень очистки сточной воды с учетом самоочищающей способности водного объекта достигается в том случае, если . При соблюдении последнего условия имеем право в уравнении (3.31) записать как , а как .

С учетом изложенного, уравнение (2.31) примет вид:

(3.32)

Преобразуя уравнение (3.32), получим:

(3.33)

Искомая цель расчета достигнута. Подставляя значение в уравнение (3.29), определяют требуемую степень очистки сточной воды.

Показатель можно выразить через кратность разбавления . Для этого выражение (3.32) надо разделить на и подставить значение:

(3.34)

Анализ этого уравнения позволяет рассмотреть две частные ситуации.

Ситуация первая.В водном объекте отсутствует ЗВ аналогичное веществу в сточной воде, т.е. . Тогда выражение (3.34) примет вид:

(3.35)

Ситуация вторая.Может случиться так, что с течением времени величина будет возрастать в результате замедленного самоочищения воды водного объекта (сбрасываемые ЗВ медленно разлагаются и нейтрализуются). В этом случае разбавлениемможно пренебречь. Тогда уравнение (3.35) приобретает вид:

(3.36)

Возникающая при этом ситуация является самой тяжелой, так как сточную воду необходимо очистить до концентрации гораздо ниже , а именно до уровня .

Вариант 2 (наиболее типичный): в сточной воде содержится несколько различных нормированных ЗВ одного лимитирующего признака вредности с концентрацией .Методический подход к их нейтрализации заключается в следующем. Поскольку эти вещества одинаковой группы лимитирующего признака вредности, то необходимую степень очистки следует находить для наиболее трудно извлекаемого из сточных вод компонента.

Концентрация этого вещества в контрольном створе () должна быть равна:

(3.37)

При выполнении этого условия эффект очистки от других ЗВ также будет обеспечен, а санитарные нормы при наличии в воде нескольких веществ одной группы лимитирующего признака вредности выдержаны.

Определение необходимой степени очистки сточной воды по количеству взвешенных веществ (ВЗВ)

Так как ВЗВ не являются нормируемыми (т.е. ПДК для них отсутствуют), то «Правила охраны поверхностных вод» выставляют требование о том, чтобы при сбросе производственных сточных вод конкретным водопользователем содержание ВЗВ в контрольном створе не увеличивалось по сравнению с естественными (фоновыми) значениями более чем на некоторую величину , зависящую от вида водопользования водного объекта.

Для определения расчетной концентрации ВЗВ в сточных водах также составляется материальный баланс, который реализуется в уравнениях, аналогичных определению степени очистки сточных вод по содержанию нормированных ЗВ (3.30, 3.31).

В дальнейшем отличие расчета заключается в том, что в соответствии с требованиями «Правил…» величина по условию санитарной чистоты не должна (как показано выше) увеличиваться по сравнению с естественными (фоновыми) условиями более чем на величину , т.е. должно выполняться соотношение:

(3.38)

С учетом изложенного имеем:

(3.39)

откуда , (3.40)

или с учетом кратности разбавления () это выражение приобретает вид (путем подстановки в формулу выражения коэффициента ):

(3.41)

Необходимая степень очистки сточной воды на очистном сооружении определяется обычным путем по уравнению (3.29).

Приведенные выше формулы расчета необходимой степени очистки производственных сточных вод относятся к проточным водным объектам. Но в ряде случаев возникает необходимость выпуска сточных вод в непроточные водоемы (озера, водохранилища, моря). При перемешивании сточных вод с водами непроточных водоемов основную роль играют конструкция и глубина расположения выпуска, наличие прибрежных течений, ветровые воздействия и др. Руффель М.А. и Лапшев Н.Н. разработали методы расчета смешения сточных вод с водами непроточных водоемов, с помощью которых определяется либо общее разбавление (для озер, водохранилищ), либо так называемое наименьшее разбавление .

Как показано выше в проточных водоемах кратность разбавления в контрольном створе реки определяется по формуле (3.24), отсюда:

(3.42)

При расчете необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в непроточные водоемы в расчетные формулы (3.29 – 3.41) вместо выражения вводится выражение (), вследствие чего они приобретают следующий вид:

1. Концентрация нормированного ЗВ в спускаемых сточных водах:

, (3.43)

где – концентрация нормированного ЗВ в воде непроточного водоема;

2. Концентрация ВЗВ в спускаемых сточных водах:

(3.44)

На практике нередки случаи, когда действующие предприятия оказываются не в состоянии обеспечить сброс сточных вод в соответствии с расчетным значением ПДС, превышая его. В случае, если фактический сброс действующих предприятий превышает ПДС, местные органы Минприроды, Госкомвода по согласованию с органами Госсанэпиднадзора, могут устанавливать временно согласованные сбросы (ВСС) на период достижения ПДС за счет реализации мероприятий, которые разрабатываются водопользователями, т.е. устанавливать ВСС по аналогии с ВСВ, обеспечивая планомерное достижение расчетного ПДС.