Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

14 Ковальчук Очистка стічних вод

.pdf
Скачиваний:
292
Добавлен:
05.03.2016
Размер:
12.16 Mб
Скачать

діоактивності води (сумарна радіоактивність), а також враховуються водневий показник (рН) і температура.

Іноді висуваються пропозиції про заміну ГДК на ГДС, який значно легше контролювати, оскільки забруднюючі речовини, що містяться в очищених стічних водах, ще не зазнали розбавлення водою водойми. Звичайно, визначення малих концентрацій забруднюючих речовин у воді водойм дуже складне, однак на думку проф. І.Д.Родзіллера, якщо не мати цього нормативу, особливо для речовин підвищеної шкідливості, то за іншими критеріями оцінити якість води водойми буде неможливо, оскільки ГДС не може бути замінником ГДК. Ці характеристики мають різну природу і розмірність: ГДК - це вміст речовини в одиниці об’єму води водойми (розмірність: маса/об’єм), а ГДС - маса речовини в стічних водах, що надходить в водойму в одиницю часу (розмірність: маса/час). Тільки ГДК можуть бути критеріями якості води, на підставі яких і встановлюються всі похідні величини, в тому числі і ГДС [12]. Основне значення ГДС - це контроль за дотриманням дозволу на спеціальне водокористування, видане водокористувачу органами по регулюванню використання і охороні вод.

Вимоги до якості очищених стічних вод повинні базуватися на відповідності екологічної необхідності, економічної доцільності і технологічних можливостей. Завищені вимоги до якості очищених вод часто призводять до протилежних результатів в області охорони водойм від забруднення. Технологічно здійснювані в нинішній час проекти по очистці стічних вод, що передбачають зниження концентрацій основних забруднень на 90-95%, не погоджуються органами санітарно-епідемічного нагляду і охорони природи як недостатньо ефективні, в результаті чого будівництво очисних споруд затримується і у водойми продовжують скидатися неочищені стічні води. Але навіть і здійснення глибокої очистки стічних вод на окремому об’єкті при відсутності будь-якої очистки чи її низькій ефективності на інших об’єктах басейну, як правило, не приводить до загального покращання санітарного стану водойми. В зв’язку з тим, що більше 40 % стічних вод в нинішній час в Україні скидаються в водойми взагалі без очистки [13], для забезпечення необхідного санітарно-гігієнічного ефекту їх оздоровлення слід забезпечити передусім повну біологічну очистку всіх стічних вод. Ці міркування підтверджуються і економічними розрахунками, які показують, що для здійснення повної біологічної очистки стічних вод при вилученні основних забруднювачів на 95 % необхідні практично такі самі витрати, як для глибокої доочистки з вилученням ще 3-4 % забруднень, але екологічний ефект при цьому буде у багато разів більший.

За сучасними вимогами до якості очищених стічних вод практично всі стічні води повинні піддаватися глибокій очистці. В цих умовах очищена стічна вода за окремими показниками часто повинна бути чистішою за питну,

41

тоді як якість води в багатьох, навіть екологічно благополучних водоймах не відповідає вимогам правил по охороні водних ресурсів.

Так, наприклад, за даними МосводоканалНДІпроекту [14], водний стік на ділянці р. Москви, віднесеної до рибогосподарських водойм, від селища Коломєнскоє до селища Отдих на 55% складається з очищених стічних вод м. Москви. ХПК річкової води вище за течією від селища Коломєнскоє складає 53,9 мг/л. У цьому випадку для досягнення нормованого показника 30 мг/л стічну воду з урахуванням розбавлення необхідно очистити до ХПК 10 мг/л, що абсолютно нереально.

Слід відзначити, що в країнах СНД, у порівнянні з іншими країнами Європи і світу, до якості очищених стічних вод встановлюються найбільш високі, часто надмірні вимоги. Для порівняння можна навести норми на скидання міських стічних вод у деяких країнах світу за БПК5 (табл. 2.4). Не дивлячись на досить високі, з нашої точки зору, нормативні концентрації забруднень в очищених стічних водах, вони однак є технологічно й економічно досяжними, а цим країнам за останні десятиліття вдалося значно покращити санітарний стан своїх водойм.

Таблиця 2.4

Вимоги до якості стічних вод в різних країнах і до якості води у рибогосподарських водоймах СНД [14]

Показник

США

ФРН

Англія

Франція

Швейцарія

Бельгія

БПК5, мг/л

20

25

20

20-40

20

15-50

На відміну від вітчизняної практики, де концентрації забруднень в очищених стічних водах визначаються, виходячи з виду і категорії водокористування й характеристик водойми, у яку скидаються стічні води, в закордонній практиці поряд з нормуванням якості води водойм нормуються також показники якості очищених стічних вод. У таблицях 2.5 і 2.6 наведені діючі у Чехії та ФРН вимоги до якості стічних вод, очищених на міських очисних спорудах. Звертає увагу зростання вимог до якості очищених стічних вод із збільшенням потужності очисних споруд. Це зрозуміло з тієї точки зору, що для малого об’єкта (наприклад окремої будівлі) будівництво споруд глибокої очистки стічних вод буде досить дорогим по відношенню до вартості самого об’єкта, а екологічний ефект, що досягається при цьому, буде дуже незначний. Тому такий підхід дає можливість збудувати для малого об’єкта прості і недорогі очисні споруди, а не відмовитись від їх будівництва взагалі. Як слідує із таблиці 2.5, у Чехії з 2005 року передбачене зростання вимог до якості очищених стічних вод (дані після риски), що дає можливість до цього часу здійснити заходи по підвищенню ефективності їх очистки.

Слід підкреслити, що у нових «Правилах охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами», затверджених Постановою Кабінету Міністрів України від 25 березня 1999 р. № 465, для комунальних споруд по42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 2.5

Вимоги до якості очищених міських стічних вод у Чехії [15]

Величина очисних

 

 

 

 

 

 

Концентрації забруднень, мг/л

 

 

споруд (кількість

 

БПК5

 

ХПК

 

завислі

азот амоній-

 

фосфор

еквівалентних жителів)

 

 

 

 

 

 

 

речовини

них солей

 

загальний

до 50

 

80/60

 

 

-

 

65/50

-

 

 

-

до 500

 

60/50

 

 

-

 

55/40

-

 

 

-

до 5000

 

50/40

 

170/135

 

45/35

-/20

 

 

-

до 25000

 

45/35

 

150/120

 

35/30

25/15

 

 

-/5

до 100000

 

35/30

 

125/105

 

30/25

15/10

 

 

5/3

більше 100000

 

30/25

 

110/90

 

25/20

10/5

 

 

3/1,5

Один еквівалентний житель відповідає 60 г БПК5.

 

 

Таблиця 2.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вимоги до якості очищених міських стічних вод у ФРН [16]

Клас величини очисних

 

 

ХПК,

 

БПК5,

 

Азот амонійних

 

Фосфор зага-

 

 

мг/л

 

мг/л

 

солей, мг/л

 

льний, мг/л

споруд

 

 

 

 

ймовірно визначена проба чи суміш з двох

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

годинних проб

 

 

Клас величини 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

менше 60 кг/доба БПК5

 

 

150

 

40

 

 

-

 

-

у неочищених стоках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клас величини 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

від 60 до 300 кг/доба БПК5

 

 

110

 

25

 

 

-

 

-

у неочищених стоках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клас величини 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

від 300 до 1200 кг/доба БПК5

 

90

 

20

 

 

10

 

-

у неочищених стоках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клас величини 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

від 1200 до 6000 кг/доба

 

90

 

20

 

 

10

 

2

БПК5 у неочищених стоках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клас величини 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

більше 6000 кг/доба БПК5

 

 

75

 

15

 

 

10

 

1

у неочищених стоках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вної біологічної очистки стічних вод також встановлені менш жорсткі нормативи гранично допустимого вмісту забруднюючих речовин: БПК5 - не більше ніж 15 мг/л, ХПК - не більше ніж 80 мг/л, завислі речовини - не більше ніж 15 мг/л.

Як вже зазначалося, основними факторами зменшення концентрації забруднень у водному об’єкті є розбавлення стічних вод поверхневими, мінералізація органічних речовин, а також нейтралізація кислот і лугів природними водами. Роль кожного з цих факторів розглядається нижче.

43

2.2. Розбавлення стічних вод поверхневими водами

Водні об’єкти - приймачі стічних вод поділяють на дві основні групи: 1) проточні - річки, в яких вода рухається з відносно великими швидкостями; 2) слабо- або зовсім непроточні - водосховища і озера, постійна швидкість руху води в яких дорівнює нулю чи настільки мала, що при розгляданні питань змішування води нею можна знехтувати; помітне переміщення мас води в таких водоймах спричинюється лише дією вітру.

Очевидно, що перемішування стічних вод з водою водойм обох груп зумовлене різними причинами, хоча й має ряд загальних закономірностей.

Кратність розбавлення стічних вод у річках, зазвичай, розраховують за методом В.О.Фролова - І.Д.Родзіллера, а у водосховищах і озерах - за методами М.А.Руффеля або О.В.Караушева.

Уводотоку внесені в нього стічні води разом із річковою водою, що їх розбавляє, рухаються вздовж течії річки. Ступінь змішування стічних та річкових вод залежить від витрат води в річці, швидкості течії, глибини, звивистості русла, гідравлічної характеристики ложа, витрат стічних вод, умов випуску (конструкції оголовка) та низки інших чинників.

За решти рівних умов кратність розбавлення стічної рідини з водою водотоку залежить від конструкції випусків, які можуть бути розпоро-

шуючими та зосередженими [17].

Уразі розпорошуючого випуску вже у створі скидання стічних вод може бути досягнуте досить повне змішування стічної рідини з водою водотоку, тобто максимально можливе їх розбавлення. Проте влаштовувати такі випуски на крупних водних об’єктах досить дорого і складно. Тому на практиці найбільшого поширення набули зосереджені випуски стічних вод.

Слід сказати, що визначення місцеположення створу повного змішування стоків з водою водотоку, а також кратності їх розбавлення у проміжних створах (між випуском та створом повного змішування) є досить складним завданням. Для його вирішення при зосереджених випусках стічних вод у водотоки запропоновані різні методи. У вітчизняній практиці найбільшого застосування набули таблиця М.О.Несмєянова (1951) та способи розрахунку, запропоновані О.В.Караушевим (1946), В.О.Фроловим (1950), І.Д.Родзіллером (1954) та Г.М.Риммаром (1952).

За таблицею М.О.Несмєянова можна знайти тільки місцеположення створу повного змішування. Відстань до нього виражена кілометрами від місця випуску стічних вод або тривалістю протікання води в годинах [18]. Слід мати на увазі, що ця таблиця складена без урахування низки факторів (швидкості течії, конфігурації русла в плані і профілі, температури води та ін.), що визначають інтенсивність перемішування, від якої залежить відстань до створу повного змішування. Тому наведені в таблиці дані не можуть претендувати

44

на точність, крім того, проміжні створи нею не охоплені. Через це широке використання таблиці для вирішення навіть обмежених практичних задач рекомендувати не можна.

На більшу увагу заслуговує метод О.В.Караушева для випадку рівномірного усталеного руху потоку та усталеного надходження розчину у потік [7, 18]. Згідно із цим методом потік на ділянці, що розглядається, розбивають координатними площинами на низку малих паралелепіпедів. Концентрація речовини у центрі ваги будь-якого паралелепіпеда приймається (за методом кінцевих різниць) такою, що дорівнює середньому арифметичному концентрацій чотирьох оточуючих паралелепіпедів у попередньому перерізі. Встановивши концентрацію забруднень у початковому перерізі і переходячи від одного шару води до іншого, можна отримати дані про розподіл забруднень в усьому потоку. Техніка обчислення концентрацій є досить простою, але через значну трудомісткість вона не набула широкого практичного застосування.

Значно простішим є розрахунок за номограмою Г.М.Риммара [18], проте, як і таблиця М.О.Несмєянова, ця номограма дозволяє визначити тільки відстань до створу повного змішування. До того ж, отримані за номограмою Риммара ці відстані є дещо заниженими.

Більш досконалим є метод розрахунку В.О.Фролова, який дозволяє на будь-якій відстані L від випуску стічних вод визначити максимальну Cмакс і мінімальну Cмiн концентрації внесених у річку забруднень, а також коефіцієнт змішування γ і кратність розбавлення n стічних вод у розрахун-

ковому створі та відстань до створу практично повного змішування Lповн .

Як свідчить зіставлення натурних та розрахункових даних, розходження між ними лежать у межах 15-40 %, причому розрахункова концентрація зазвичай виявляється вищою за ту, яка спостерігається, що забезпечує достатню надійність розрахунків, пов’язаних із скиданням стічних вод у водойми.

У водному об’єкті розрізняють зону початкового розбавлення, де процес змішування відбувається внаслідок втягування оточуючої рідини турбулентним потоком, що утворюється при витіканні стічних вод з оголовка випуску, та зону основного розбавлення, де змішування відбувається за рахунок течії і турбулентного обміну в оточуючій рідині. Кратність загального розбавлення n стічних вод у водному об’єкті обчислюють як добуток

кратності початкового розбавлення

nп на кратність основного розбавлення

no , тобто

 

 

n = nп

nо .

(2.2)

Кратність початкового розбавлення nп

при скиданні стічних вод

у водотоки, за методом М.М.Лапшева [17], враховують у таких випадках:

45

- для напірних зосереджених та розпорошуючих випусків у стрижень водотоку, якщо швидкість витікання струменя води з випуску ν в у чотири та більше

разів перевищує швидкість руху води в річці ν p ;

- при абсолютній швидкості витікання струменя води з випуску ν в більше 2

м/с.

При менших швидкостях витікання стічних вод з випуску розрахунок початкового розбавлення не здійснюють.

Для зосередженого напірного випуску кратність початкового розбавлення розраховують таким чином. Спочатку обчислюють співвідношення:

vo vp 1= (v p+

0.15)

vp 1

,

(2.3)

 

m = vp

vв ,

 

 

(2.4)

де ν o - швидкість на осі струменя, м/с. За номограмою (рис. 2.1) знаходять співвідношення d / do , де d - діаметр забрудненої плями у граничному створі зони початкового розбавлення; do - діаметр випуску. Потім за номограмою (рис. 2.2) по відомих величинах m та d / do знаходять кратність початкового розбавлення nn .

Для розпорошуючого напірного випуску розрахунок здійснюють наступним чином. Задаючись кількістю випускних отворів оголовка випуску

No і швидкістю витікання з них стічних вод ν в ≥ 2,0 м/с, визначають діаметр отворів оголовка розпорошуючого випуску

dO =

4q

,

(2.5)

π vв NO

 

 

 

де q - сумарні витрати стічних вод, м3/с. Потім за номограмою (рис. 2.1) ви-

значають співвідношення d / do

і знайдену величину d

порівнюють з гли-

биною ріки H . Якщо d < H , то за номограмою (рис.

2.2) знаходять крат-

ність

початкового розбавлення

nn . Для випадку стисненого струменя

( d >

H ) кратність розбавлення nnc

обчислюють як добуток знайденої вели-

чини

nn на поправковий коефіцієнт

f (H / d) , який визначають за графі-

ком, наведеним на рис. 2.3.

Кратність основного розбавлення no стічних вод у макси-

мально забрудненій струмині будь-якого створу річкового потоку, за методом

В.О.Фролова, визначають за рівнянням [7]

 

nО = bγ Q+ qg q,

(2.6)

46

Рис.2.1. Номограма для визначення діаметра струменя у розрахунковому перетині [11]

Рис.2.2. Номограма для визначення кратності початкового розбавлення [11]

де Q і q - витрати відповідно річкової та стічних вод, м3/с; γ - коефіцієнт

змішування, що показує, яка частка річкових витрат змішується із стічними водами у максимально забрудненій струмині даного створу.

Проф. І.Д.Родзіллером запропонований метод визначення γ , який

ґрунтується на припущенні, що всі внесені у річку забруднення зосереджуються у максимально забрудненій струмині потоку. За цим методом значення коефіцієнта змішування γ обчислюють за напівемпіричною залежністю

47

 

 

 

 

Рис. 2.3. Номограма для визначення

 

 

 

 

поправкового коефіцієнта

f(H/d) [11]

γ =

1

e− α 3 L

 

,

(2.7)

 

Q e− α 3

 

1+

L

 

 

 

q

 

 

 

де e - основа натурального логарифма; L - відстань від випуску до створу, що розглядається, по осі потоку, м; α - коефіцієнт, що враховує гідравлічні умови в річці, який (за В.О.Фроловим) обчислюють за виразом

α = ϕξ 3 D q ,

(2.8)

де ϕ - коефіцієнт звивистості ріки (або її фарватеру); ξ - коефіцієнт, що залежить від місця випуску стічних вод: при зосередженому випуску їх біля берега ξ = 1, в разі випуску у стрижень ріки ξ = 1,5; D - коефіцієнт турбулентної дифузії, м2/с.

Коефіцієнт звивистості ріки на ділянці, що розглядається, визначається за формулою

ϕ = L LП ,

(2.9)

де L і LП - відстань від випуску до створу, що розглядається, відповідно по осі потоку (для широких річок - по фарватеру) та по прямій.

Величину коефіцієнта турбулентної дифузії для літнього періоду визначають за формулою [11]

D =

gvcp Hcp

,

(2.10)

37n C2

 

ш

ν cp

 

де g - прискорення сили тяжіння, м/с2;

- середня швидкість течії ріки,

м/с; Hcp - середня глибина ріки на розрахунковій ділянці, м; nш - коефіцієнт шорсткості ложа ріки, що визначається за таблицею М.Ф.Срібного [19]; C

48

- коефіцієнт Шезі, м0,5/с, який при глибинах до 5 м визначають за формулою М.М.Павловського

С = R y n

, ,

(2.11)

ш

 

 

де R - гідравлічний радіус потоку, м,

який для літніх умов приблизно до-

рівнює глибині потоку Hcp ; y - коефіцієнт, що визначається за формулою

y = 2,5 n

0,13

0,75

R(

n0,1),

(2.12)

ш

 

 

 

 

 

 

ш

 

Значення y можна визначати за спрощеними формулами:

 

при R

1 м

 

y =

1,5

nш ;

(2.13)

 

(2.14)

при R > 1 м

 

y =

1,3

nш .

 

 

Для зимових умов розбавлення, коли водотік вкритий льодом, коефі-

цієнт турбулентної дифузії обчислюють за виразом

 

D =

 

gvcp Rnp

,

 

(2.15)

37n

С2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш.np

np

 

 

 

де Rnp , nш.np , Cnp - приведені значення гідравлічного радіуса і коефіцієнтів шорсткості та Шезі:

Rnp = 0,5Hcp ,

 

(2.16)

nш.np = nш[1+

(nл

nш)1,5]0.67

,

(2.17)

С =

R ynp

n ,

 

(2.18)

np

np

np

 

 

де nл - коефіцієнт шорсткості нижньої поверхні льоду (табл.2.7);

ynp - ко-

ефіцієнт, що визначається за формулами (2.12) - (2.14), в які замість nш та

R слід підставляти nnp та Rnp .

D можна об-

Для рівнинних річок коефіцієнт турбулентної дифузії

числювати за спрощеною формулою проф. М.В.Потапова

 

D = vcp Hcp 200.

(2.19)

Якщо на ділянці ріки L , що розглядається, мають місце різко відмінні умови змішування (різні швидкості течії та глибини), то визначення ν cp і

Hcp для всієї розрахункової ділянки може значно ускладнюватися. У цих

випадках розрахункову ділянку ріки L слід розбити на низку відрізків з однаковими гідравлічними умовами і визначити для кожного з них довжину li

49

Таблиця 2.7

Коефіцієнти шорсткості нижньої поверхні льоду nл (за П.М.Білоконем)

 

 

Період

nл

1. Перші 10 діб після льодоставу (перша - друга декади грудня)

0.15-0.05

2.

10-20

діб після льодоставу (остання декада грудня - початок січня)

0.1-0.04

3.

20-60

діб після льодоставу (середина січня - перша декада лютого)

0.05-0.03

4.

60-80

діб після льодоставу (кінець лютого - початок березня)

0.04-0.015

5.

80-100 діб після льодоставу (березень)

0.025-0.01

Примітка: для підпертих річкових б’єфів дані пп. 1 і 2, що відповідають річкам у побутових умовах, слід зменшувати на 15 %, а дані пп. 3 і 4 - на 35 %.

та середні значення ν i і Hi . Величину D для всієї ділянки обчислюють за формулою

 

D =

n

l

 

 

 

 

 

 

 

 

i

Di ,

 

 

(2.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

де Di

 

 

i= 1

L

 

 

 

- коефіцієнти турбулентної дифузії для окремих відрізків ділянки, ви-

значені за формулами (2.10), (2.15) чи (2.19) при ν i і Hi .

 

 

Відстань до створу повного змішування визначають з рівняння

 

 

 

2,3

 

 

 

γ Q +

q 3

(2.21)

 

Lповн =

 

 

 

lg

 

 

 

 

.

 

 

γ

 

 

 

(1− γ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналіз цього виразу показує, що для створу повного змішування, ко-

ли γ

= 1, Lповн наближається до безкінечності. Тому в розрахунках

Lповн

слід визначати для створу не абсолютно повного, а практично повного змішування, де стічні води змішуються з 95, 90 чи 80 % витрат ріки, тобто для створу, для якого коефіцієнт γ дорівнює відповідно 0,95, 0,9 або 0,8.

Розглянутий метод В.О.Фролова - І.Д.Родзиллера можна застосовувати при дотриманні умови 0,0025 ≤ q / Q ≤ 0,1. Якщо ця умова не дотри-

мується, або необхідно врахувати дані про накопичення забруднюючих речовин у донних відкладах, то рекомендується застосовувати методи, розроблені О.В.Караушевим [15]. Для порівняно невеликих водотоків з коефіцієнтом звивистості менше 1,5 застосовують метод розрахунку кратності розбавлення, що ґрунтується на аналітичному вирішенні двовимірного (планового) рівняння турбулентної дифузії [21].

Розбавлення стічних вод в озерах і водосховищах зумовлене переміщенням водних мас переважно під дією вітрових течій. При усталеному русі в результаті тривалої дії вітру одного напряму, при малій зміні глибин та

50

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]