Кремлев Е.П. Лабораторный практикум по курсу Экология

Подождите немного. Документ загружается.

121

Для расчета разбавления сто чных вод в озерах и водохранили-

щах можно по льз ов аться методами М.А.Руффеля и Н.Н.Лапшева.

Метод Н.Н.Лапшева применим для рассеивающих и сосре-

доточенных выпусков при скорости истечения сточных вод более

2 м/с. По этому мето ду предполагается, что выпуск находится на

неко тором удалении от берега, а глубина в месте устройства выпус-

ка составляет более 30 диаметров выпускного отверстия. Наимень-

шее разбавление, наблюдающееся на расстоянии от места выпуска

сточных вод в озеро или водохранилище, определяют по формуле:

n = A(0,2L/d0)ps, (7)

где A — параметр, определяющий из менение разбав ления при при-

менении рассеивающего выпуска (при сосредоточенном выпуске

A = 1); L — расстояние от места выпуска до расчетного створа;

d0 — диаметр выпускного отверстия; P — параметр, зависящий

от степени проточности водоема и нагрузки сточных вод на него;

S — параметр , определяемый относительной глубиной водоема.

Если известна скорость течения в озере или в водохранили-

ще, то

Р = vn/(0,000015v0 + vn), (8)

где vn — скорость течения в озере или в водохранилище, м/с; v0 —

скорость истечения из выпуска, м/с.

Параметр S зависит от глубины Н в месте выпуска и вычис-

ляется по формуле:

S=0,325H/{360+(vn/v0)105}+0,875. (9)

Расчет необходимой степени очистки сточных вод

Водоемы обладают самоочищающей способностью, что сле-

дует учитывать при проектировании очистных сооружений и оп-

ределении необходимой степени очистки.

Необходимую степень очистки сточных вод, спускаемых в

водоем, находят по следующим показателям: количество взвешен-

ных веществ, потребление растворенного кислорода, допускаемая

БПК смеси речных и сточных вод, изменение активной реакции

воды, а также предельно допустимые концентрации токсических

примесей и других вредных веще ств.

В «Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточ-

ными водами» выделяют две категории водо емов: водоемы питье-

вого и культурно-бытового водопользования и водоемы, исполь-

зуемые в рыбохозяйственных целях.

122

Водоемы питьевого и культурно-бытового водопользования

делятся на два вида: первый — участки водоемов, используемые в

качестве источника для централизованного и нецентрализованно-

го питьевого водоснабжения, а также водоснабжения предприя-

тий пищевой промышленности; второй — участки водоемов, ис-

пользуемые для купания, спорта и отдыха нас еления, а также

водоемы, находящиеся в пределах населенных пунктов. К какому

виду водопользования относится данный участок водоема, опре-

деляют органы Государственного санит арного надзора.

Водоемы для рыбо хозяйственных целей также по драз деляю тся

на два вида: первый — водоемы, используемые для воспроизвод-

ства и сохранения ценных пород рыб; второй — водоемы, исполь-

зу емые для других рыбохозяйственных целей. Вид рыбо хозяйствен-

ного использования водоема определяется органами рыбоохраны.

Расчет необходимой степени очистки

сточных вод по взвешенным веществам

Предельно допустимое со держание взвешенных веществ т, г/м

в спускаемых в водоем сточных водах определяют по формуле:

т = P(aQ/q+1)+b, (10)

где P— допустимое санитарными нормами увеличение содержа-

ния взвешенных веществ в водоеме после спуска ст очных вод, г/ м

;

b— со держание взвешенных веществ в водоеме до спуска в него

сточных вод, г/м

; Q — наименьший среднемесячный расход во ды

в водоеме 95 %-ной обеспеченности, м

/с.

Степень необходимой очистки по взвешенным веществам

может быть определена в %:

Э=(С–т)100/С,(11)

где С — содержание взвешенных веществ до очистки, мг/л.

Расчет необходимой степени очистки

сточных вод по растворенному в воде водоема кислороду

В соответствии с правилами спуска сточных вод в воде водо-

ема после смешения ее со сточной во дой содержание растворенно-

го кислорода должно быть не ниже 4 мг/л, а для рыбохозяйствен-

ных водоемов первого вида — 6 мг/л. Исходя из этого, можно

определить допустимую для данного водоема максимальную БПК

спускаемых сточных во д.

123

Допустимая БПКполн сточных вод, сбрасываемых в водоем,

исходя из условий минимального содержания растворенного кис-

лорода, выражается уравнением:

Lст = aQ/0,4q(Op–0,4Lp–O)–O/0,4, (12)

где L ст, L р — полно е биохимическо е потребление кислорода,

соответственно, сточными водами и речной водой, г/м

; Q — рас-

ход воды в реке, м

/сут; Ор — содержание растворенного кисло-

рода в речной воде до ме ста спуска сточных вод, г/м

; О — ми-

нимальное содержание кислорода в воде, принимаемое равным

4 или 6 г/м

; 0,4 — коэффициент для перерасчета БПКполн в

дву хсуточное.

Расчет по другому методу учитывает среднюю скоро сть дви-

жения воды в водо еме , температуру воды, конст анты скоро сти

потребления кислорода и скоро сти поверхно стной ре аэрации.

Этот расчет более полный и точный, но требует проведения на-

турных изысканий на участке реки, для которого выполняет ся

расчет.

Рас чет необходимой степени очистки сточных вод по БПКпо лн

учитывает самоочищение сточных вод в водоеме за счет биохими-

ческих процессов, а также разбавление сточных вод водами водо-

ема. Допустимую БПКполн сточной жидкости при выпуске ее в

водоем определяют по формуле:

Lпд = aQ(Lст — Lр • 10–kp t) / q • 10–kст t + Lр / 10–kст t, (13)

где k ст, kр — константы скорости потребления кислорода сточ-

ной и речной водой; Lп.д. — предельно допустим ая БПКполн смеси

речной и сточной воды в расчетном створе; для водоемов питьево-

го и культурного пользования 1 и 2 категории эта величина при-

нимается, соответственно, равной 3 и 6 мг/л; Lp — БПКполн реч-

ной во ды до места выпуска сточных вод; t — продолжительность

перемещения воды от места выпуска сточных вод до расчетного

створа, равная отношению расстояния по фарватеру от мест а вы-

пуска во д до расчетного створа к средней скорости течения воды в

реке на данном участке vср, сут.

Необходимую степень очистки Э определяют в %:

Э=(Lа–Lст)100/Lа,(14)

где Lа — БПКполн сточных вод, поступающих на очистку.

124

Расчет допускаемой температуры

сточных вод перед сбросом в водоем

Расчет повышения температуры воды в источнике в месте

сброса сточных вод производят, исходя из условий, что темпера-

тура воды лето м (максимальная температура) не должна повышать-

ся в месте выпуска сточных вод более чем на 3°. Температ ура сбра-

сываемых вод Тст должна удовлетворять условию:

Тст

≤

пТдоп+Тмакс,(15)

где Тдоп — допускаемое по санитарным нормативам повышение

температуры воды во доема до места выпуска сточных вод.

Полученную по расчетам Тст сопоставляют с температурой

исходных стоков Тисх и при необходимости намечают мероприя-

тия по их охлаждению.

Определение необходимой степени

очистки воды по измерению рН

При сбросе в водоемы сточных вод, содержащих растворен-

ные кислоты или щелочи, наблюдается изменение щелочности и

активной реакции воды водоема. Кислоты, взаимодействуя с би-

карбонатами кальция, снижают щелочность воды и повышают

содержание свободной углекислоты. При поступлении в водоем

щелочных стоков последние нейтрализуются свободной углекис-

лотой и бикарбонатами.

Связь между концентрацией водородных ионов рН, бикарбо-

натной угольной кислоты НСО

— и свободной угольной кислоты

СО

выражается в виде следующих зависимостей:

при сбросе кислых стоков:

рНф = рК1 + lg {(ПрА [НСО

–] – ПфВ) / Пр А (СО2/44)} +

+ ПфВ

≥

6,5, (16)

где рНф — активная реакция воды в расчетном створе при факти-

ческом режиме; рК1 — отрицательный логарифм первой констан-

ты диссоциации угольной кислоты; Пр, Пф — расчетная и факти-

ческая кратность разбавления; А = 1 + 10рНф-рК1; В = [НСО

–] –

–(СО

/44) • 10рНф–рК1; [НСО

–] — концентрация бикарбона-

тов, мг-экв/л; СО

— концентрация свободной угольной кисло-

ты, мг/л,

125

при сбросе щелочных сточных вод:

рНф = рК1 + lg {(ПрА [НСО

–]–

–0,273ПфВ)/ПрА (СО2/44)–ПфВ}

≤

8.5, (17)

где А = 0,273–10рНф–рК1 (параметр В определяется так же, как и

при сбросе кислых сточных во д).

Т аким образо м, при сбросе щелочных и кислых стоков необ-

х одимо, чтобы рН природной воды не выходила за пределы 6,5–8,5

(для водоемов питьевого и куль турно-бытов ого водопользования).

Для определения максимального содержания кислоты Ск или

щелочи Сщ, допустимого при спуске вод в водоем, необходимы

данные о рН и щелочности природной во ды. Для обеспечения то ч-

ности вычисления содержаний Ск и Сщ разработан графический

метод расчета по номограммам, где сплошные кривые использу-

ются при нахождении Ск, а штриховые — при определении Сщ.

Количество кислот и щелочей, нейтрализуемых 1 л воды водоема,

рассчитывается в 1 мл 1 н раствора.

Допустимое количество кислоты или щелочи в сточных во-

дах в мг-экв/л из условия разбавления их водой источника в п раз

определяется по формулам:

Сдоп.к= (п–1)Ск; (18) Сдоп.щ= (п–1)Сщ.(19)

Расчет необходимой степени

очистки сточных вод по содержанию вредных веществ

Вредные и ядовитые вещества, входящие в показатели каче-

ства сточной воды, весьма разнообразны по своему составу. Они

нормируются по принципу лимитирующего показателя вреднос-

ти (ЛПВ), под которым понимается наиболее вероятное неблагоп-

риятное воздействие каждого вещества. По ЛПВ все вещества в

водоемах питьевого и культурно-бытового пользования подразде-

ляются на три группы, содержащие санитарно-токсикологический

ЛПВ, общесанитарный ЛПВ и органолептический ЛПВ.

Санитарное состояние водо ема при с брос е в него со сточ-

ными водами вредных и ядовитых веще ств считается удовлетво-

рительным, если соблюдаются два основных условия: предель-

но допустимая концентрация каждого веще ства, входящего в

определенный лимитирующий показатель вредно сти, уменьше-

на во столько раз, сколько единиц вредных веществ присутству-

ет в сточных водах и в одоеме; сумма концентраций всех веществ,

126

выраженных в процент ах от соответствующих предельно допус-

тимых концентраций для каждого веще ства в отдельно сти, не

превышает 100 %:

∑(Сiст/Сi доп)

≤

1, (20)

где Сiст — расчетная концентрация i-го вредного вещества в рас-

четном створе; Сiдоп — предельно допускаемая концентрация со-

ответствующего вещества; i — число вредных веществ с одинако-

вым ЛПВ.

Каждое вещество (в условиях одновременного присутствия с

другими вредными веществами из одной группы ЛПВ) в расчет-

ном створе водопользования должно иметь концентрацию

Сст

≤

Сiдоп [1–∑(Cст / Ci доп)], (21)

где Сi доп — предельно допускаемая концентрация расчетного

вещества.

Концентрация каждог о из растворенных вредных веществ С

в очищенных сто чных в одах может быть определена из выражения:

Со

≤

(Сст–Сiв) + Сiв, (22)

где Сiст — максимальная допускаемая концентрация расчетного

вещества, вычисляемая по предыдущей формуле с учетом макси-

мальной концентрации и ПДК всех компонентов, относящихся к

одной группе ЛПВ; Сiв — концентрация определенного вещества

в воде водоема до сброса стоков.

При очистке сточных вод различные вредные вещества опре-

деленной группы ЛПВ очищаются неодинаково. Для расчета сте-

пени очистки по вредным веществам в первую очередь должна

определяться степень очистки того вещества, которое наиболее

трудно извлекается.

Задача 1. Определить концентрацию загрязнений по взвешен-

ным веществам и по БПКполн в сточных водах, поступающих на

городские очистные сооружения. В городе имеется два района с

различной степенью благоустройства. Норма водоотведения для

первого района q1 л/(чел.-сут), а для второго q2 л/(чел.-сут). В го-

роде находятся хлопчатобумажный комбинат, химико-фармацев-

тический и машиностроительный заводы. Расход бытовых сточ-

ных вод, по ступающих из первого района, Q1быт м

/сут, из

второго — Q2быт м

/сут. Расход производственных сточных вод,

/сут, поступающих в городскую канализационную сеть, состав-

ляет от хлопчатобумажного комбината Q1пр; химико-фармацев-

127

тического завода — Q2пр и машиностроительног о завода — Q3пр;

концентрация загрязнений, мг/л, по взвешенным веществам и по

БПКполн равна в сточных водах хлопчатобумажного комбината

Р1взв и Р1БПК, химико-фармацевтического заво да Р2взв и Р2БПК,

машиностроительного завода — Р3взв и Р3БПК.

По СниП 2.04.03-85 содержание загрязнений в бытовых во-

дах в расчете на одного жителя составляет по взвешенным веще-

ствам 65 г/сут и по БПКполн — 75 г/сут.

Данные для решения задачи приведены в т аблице.

Задача 2. По данным гидрометеорологической службы сред-

немесячный расход воды в реке при 95 %-ной обеспеченности со-

ставляет в расчетном створе Q(м

/с). На участке реки от мест а

выпуска сточных вод до расчетного створа средняя скорость тече-

ния равна vср (м/с) при глубине Н (м). Извилистость русла на уча-

стке слабо выражена, т.е. ϕ = 1. Выпуск сточных вод с расходом q

(м

/с) проектируется у берега, т.е. ζ = 1. Расстояние от ме ста вы-

пуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру составляет

L(км). Определить степень смешения сточных вод в водоеме у рас-

четного створа.

Данные для решения задачи приведены в т аблице.

№ п/п q1 q2 Q1 быт Q2 быт Q1 пр Q2 пр

1 150 300 18000 40000 15000 30000

2 130 350 22000 35000 12000 25000

3 160 250 19000 23000 10000 28000

4 140 320 14000 20000 11000 32000

5 120 200 20000 36000 14000 28000

№ п/п Q3 пр Р1 взв Р2 взв Р3 взв Р1 БПК Р2 БПК Р3 БПК

1 6000 150 100 200 250 1200 100

2 8000 120 110 210 260 1600 110

3 4600 130 120 200 280 1500 100

4 6800 140 130 220 260 1400 120

5 5000 120 120 210 240 1200 110

№ п/п Q vср H q L

1 30 0,64 1,2 0,6 3,5

2 45 0,42 1,6 0,8 4

3 32 0,54 1,8 0,4 2

4 40 0,62 2,1 0,5 3

5 28 0,32 1,1 0,2 1

128

Задача 3. Найти разбавление сточных вод для глубинного со-

средоточенного выпуска в проточное озеро, если даны: скорость

течения vп (м/с), средняя глубина в ме сте выпуска Н (м), расчет-

ный расход сточных вод Q (м

/с). Расчетный створ водопользова-

ния расположен на расстоянии L (м).

Данные для решения задачи приведены в таблице.

№ п/п vп H Q L

1 0,02 30 0,32 500

2 0,01 25 0,41 800

3 0,02 28 0,46 250

4 0,03 42 0,53 620

5 0,01 36 0,48 780

Задача 4. В реку с расходом Q (м

/с) сбрасываю тся сточные

во ды с расхо дом q (м

/с). Концентрация взвешенных веществ в сточ-

ных водах, поступающих на очистную станцию, С (мг/л). Участ ок

во доема, в к оторый сбрасываются очищенные сточные воды, от-

носится ко 2 категории водоемов питьевог о и культурно-бытового

во допольз ования. Концентрация взвешенных веществ в реке до спус-

ка сто чных во д b (г/м

). Коэффициент смешения а = 0,75.

Для данного участка во доема допуск аемое увеличение содер-

жания взвешенных веществ Р = 0,75 г/м

Данные для решения задачи приведены в таблице.

№ п/п Q q C b

1 15 0,3 200 5

2 20 0,2 230 7

3 18 0,4 160 2

4 22 0,2 210 4

5 12 0,3 110 3

Задача 5. Найти необходимую степень очистки сточных вод

по БПКполн для водоема, отнесенного ко 2 категории водоемов

питьевого и куль турно-бытового водопользования при следующих

условиях. Расход сточных вод q (м

/с), расход воды в водоеме Q

(м

/с); средняя скорость движения воды в реке vср (м/с); средняя

глубина реки Нср (м), выпуск сточных вод проектируется у бере-

га, следовательно, ζ=1. Расстояние по фарватеру от места выпуска

сточных вод до расчетного створа L (км); извилистость русла на

расчетном участке выражена слабо, т.е. ϕ=1. Конст анта скорости

129

потребления кислорода сточной водой kст = 0,16; константа ско-

рости потребления кислорода речной водой kр = 0,1; БПКполн

речной во ды до момента выпуска сточных во д Lр (мг/л).

Данные для расчета приведены в таблице.

Задача 6. Расход очищенных сточных вод, сбрасываемых в

водоем, равен Qст (м

/с), расход воды в реке — Qр (м

/с). Коэффи-

циент смешения а = 0,4. Содержание растворенного кислорода в

природной воде до выпуска сточной Ор (мг/л). Определить, како-

ва степень очистки сточных вод по содержанию растворенного

кислорода, если известны БПКполн сточной воды Lполнст (мг/л)

и БПКполн в расчетном растворе L полнр (мг/л).

Данные для расчета приведены в таблице.

№ п/п q Q vср Hср L Lр

1 0,6 20 0,64 1,2 3,5 1,8

2 0,5 22 0,53 2,3 2 1,6

3 0,3 31 0,48 1,8 2,8 1,7

4 0,4 26 0,62 2 3,4 1,8

5 0,5 34 0,58 1,6 3,8 1,6

Задача 7. Как ова должна быть температура сбрасываемых в

водоем сточных вод, если максимальная летняя температура при-

родной воды до ме ста выпуска сточной равна 19 °С, а кратность

разбавления стоков сост авляет п = 25?

Температу ру рассчитываем по формуле (15).

По СнИП 2.04.03–85 содержание загрязнений в бытовых во-

дах в расчете на одного жителя составляет по взвешенным веще-

ствам 65 г/сут и по БПКполн — 75 г/сут.

Определим концентрацию загрязнений в бытовых водах по

формуле (1).

По взвешенным веще ствам: для первого района Р1в =

= 65·1000/150 =…; для второго района — Р2в = …

По БПКполн: для первого района Р1БПК = 75·1000/150=…;

для второго района Р2БПК=…

№ п/п Qст Qр Oр Lполнст Lполнр

1 1 40 6,5 357 2

2 1,4 28 6 440 2,2

3 2 34 6,2 268 3

4 1,6 42 7,1 312 2,4

5 1,2 42 5,5 320 2,6

130

Вычислим по формуле (2) концентрации загрязнений в сточ-

ных водах, поступающих на городскую очистную станцию:

по взвешенным веществам Рсм.взв. =…; Рсм.БПК =…

К оэффициент турб у лентной диффузии Е нах о дим по форму ле (5).

Коэффициент, учитывающий влияние гидравлических фак-

торов смешения сточных вод, вычисляем по формуле (4).

Далее находим коэффициент смешения сточных вод с водой

водоема по формуле (3), принимая

β = е – α

= е – 0,185

3500

= 0,061.

Кратность разбавления в расчетном створе определяем по

формуле (6).

Решение задачи. Поскольку рассматривается сосредоточен-

ный выпуск, то А=1. Найдем диаметр отверстия выпуска, прини-

мая скорость истечения vo = 2,5 м/с:

do =

...5,2Q/3,144 =••

Округляем диаметр оголовка выпуска до десятых единиц и

устанавливаем фактическую скорость истечения vп.

По формуле (8) вычисляем параметр Р, по формуле (9) — па-

раметр S.

Наименьшее ее разбавление на заданном расстоянии вычис-

ляем по формуле (7).

Предельно допустимое со держание взвешенных веществ m (мг/

л) в спускаемых в водоем сто чных в о дах вычисляем по форму ле (10).

Необходимую степень очистки определяем по формуле (11).

Решение задачи. Коэффициент турбулентно сти диффузии Е

определяем по формуле (5).

Коэффициент, учитывающий гидравлические факторы сме-

шения, вычисляем по зависимости (4), коэффициент смешения —

по формуле (3).

Про до лжительность перемещения во ды от места выпуска ст о ч-

ных вод до расчетного пункта определяем по формуле:

t = L/vср = … сут.

Допустимая БПКполн сточных вод, сбрасываемых в во доем,

определяется по формуле (12).

Решение задачи. Расчетный створ водоема по виду водополь-

зования относится к источникам для питьевых и культурно-быто-