Основные методы расчета предельных концентраций

Очищенных сточных вод.

 

1. Расчет необходимой степени очистки сточных вод по содержанию взвешенных веществ.

Концентрацию взвешенных веществ в очищенной сточной воде, разрешенной к сбросу определяют по формуле:

γ·Q

С_оч = К_разр (------ + 1) + С_ф, /1/

q

где С_ф – концентрация взвешенных веществ в воде водного объекта до сброса сточных вод, мг/л, К_разр – разрешенное санитарными нормами увеличение содержания взвешенных веществ в воде водного объекта в водном створе, Q – расход водотока, q – расход сточных вод.

Допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте после сброса сточных вод К_разр для водотоков рыбохозяйственного назначения и хозяйственно-питьевого составляет 0,25 мг/л, для коммунально-бытового – 0,75.

 

Рассчитав С_оч и зная концентрацию взвешенных веществ в сточной воде, поступающей на очистку С_ст, определяют необходимую эффективность очистки сточных вод по взвешенным веществам по формуле:

С_ст - С_оч

Э = ------------- · 100 % /2/

С_ст

Пример 1.

В водоток с расходом Q= 35 м³/с после очистых сооружений сбрасываются очищенные сточные воды с расходом q = 0,6 м³/с. Концентрация взвешенных веществ в сточной воде, поступающей на очистные сооружения, С_ст = 250 мг/л. Участок водного объекта, куда сбрасываются сточные воды, относятся ко второй категории рыбохозяйственного водопользования.

Фоновая концентрация взвешенных веществ в воде до места сброса С_ф = 3 мг/л. Коэффициент смешения для данного случая γ=0,71. Найти требуемую эффективность очистки.

Решение

Так как водный объект относится к категории рыбохозяйственного водопользования, то допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водном объекте после сброса сточных вод К_разр =0,25 мг/л.

Концентрация взвешенных частиц в очищенной сточной воде, которая сбрасывается в данный водный объект, не должна превышать значений /1/:

0,71 · 35

С_оч = 0,25 · (------------- + 1) + 3 = 13,6

0,6

 

Для этого очистные сооружения должны обеспечить необходимую эффективность очистки по взвешенным веществам (формула 2):

Э_взв = (250-13,6): 250 · 100 = 94,56

Ответ: для сбрасываемых сточных вод необходима эффективность очистки 94,56 %.

 

 

2. Расчет необходимой кратности разбавления

 

Основной механизм снижения концентрации загрязняющего вещества при сбросе сточных вод в водные объекты – разбавление. В практике расчетов используют понятие кратность разбавления. Кратность разбавления в водотоке у расчетного створа выражается зависимостью:

γ·Q + q

n = --------------,/3/

q

 

где γ – коэффициент смешения, показывающий, какая часть воды водотока участвует в разбавлении, q – максимальный расход сточных вод, м³/с, Q - расчетный минимальный расход воды водотока в расчетном створе, м³/с

 

 

3. Расчет допустимой температуры сточных вод перед их сбросом в водные объекты.

 

Расчет ведут, исходя из условий, что температура воды водного объекта не должна повышаться более величины, оговоренной Правилами в зависимости от вида водопользования (см. таблицу).

Температура сточных вод, разрешенных к сбросу, должна удовлетворять условию:

 

Т_ст ≤ n · Т_доп + Т_в /4/

где Т_доп – допустимое повышение температуры, Т_в – температура водного объекта до места сброса сточных вод, п – кратность разбавления.

 

Пример.

Опеределить можно ли произвести сброс нагретых сточных вод с Т_ст = 79⁰С в водоток коммунально-бытового водопользования со среднемесячной температурой воды Т_в = 21⁰С, при условии, что кратность разбавления сточной воды в водотоке n = 16

 

Решение

 

Исходя из требований к воде водотоков и водоемов различного назначения, для водотока коммунально-бытового водопользования допустимое превышение температуры составляет 3⁰С.

Вычислим максимально возможную температуру сточной воды:

Т_ст ≤ n · Т_доп + Т_в

 

Т_ст ≤ 16 · 3 + 21 = 69 ⁰С

 

79 – 69 = 10 ⁰С

Ответ: таким образом, необходимо рассмотреть мероприятия по охлаждению сточных вод на 10 ⁰С, после чего она может быть сброшена в данный водоток.

 

 

4. Расчет необходимой степени очистки сточных вод по вредным веществам

 

Все вредные вещества, для которых определены значения ПДК, группируются по лимитирующим показателям вредности (ЛПВ) в зависимости от вида пользования.

 

Санитарное состояние водного объектав расчетном створе при сбросе в него сточных вод в расчетном створе считается удовлетворительным, если соблюдается следующее условие:

 

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + … + С_n/ПДК_n ≤ 1

Из этого выражения следует, что каждое вредное вещество, входящее в ЛПВ, при условии одновременного присутствия z-веществ, может присутствовать в расчетном створе в концентрациях, не более чем:

_z С^z_р.с

С'_р.с ≤ С^z_ПДК (1 – Σ ------) /5/

¹ Сⁱ_ПДК

гдеС'_р.с – значение концентрации загрязнителя в расчетном створе при условии одновременного присутствия z веществ,С^z_р.с–фактическая или расчетная концентрация z-го Ё ё вещества в расчетном створе.

 

Концентрацию каждого из веществ в очищенных сточных водах, при условии соблюдения вышеприведенного неравенства, можно определить из выражения:

 

С_оч. ≤ n · ( С_р.с – С_в) - С_в /6/

гдеС_оч. –концентрация вещества в очищенной воде,n - кратность разбавления, С_р.с – концентрация вещества в расчетном створе, С_в – концентрация вещества в водном объекте до сброса сточных вод.

 

Эффективность очистки трудноудаляемого вещества в очищенной воде С^z_оч. для каждого из веществ, относящихся к этой группе ЛПВ можно найти по формуле:

 

n – 1 z С_в

1 - ------- Σ ------

n 1 С_ПДК

Э^z_оч. = (1 - -----------------------------) · 100 /7/

1 z С_ст

------ Σ ----------

n 1 С_ПДК

где Э_z – эффективность очистки, С^z_сч. – концентрация вещества в сточной воде, поступающего на очистку.

 

 

ПРИМЕР.

Определить необходимую степень очистки производственных сточных вод от вредных веществ, если в сточных водах содержатся следующие загрязнения:

С_ст(Ni) = 1,15 мг/л, С_ст(As) = 0,6 мг/л, С_ст(Мо) = 1,1 мг/л, С_ст(Zn) = 0,6 мг/л

Сточные воды подлежат сбросу в водоток, который относится к источникам хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Кратность разбавления сточных вод n = 65.

Вода до места сброса сточных вод характеризуется следующими показателями:

С_в(Ni) = 0,003 мг/л, С_в(As) = 0,002 мг/л, С_в(Мо) = 0,15 мг/л, С_в(Zn) = 0,87 мг/л

 

 

Дано:

С_ст С_в ПДК

Никель Ni 1,15 0,003 0,1 санитарно-токсикологический ЛПВ

Мышьяк As 0,6 0,002 0,05 санитарно-токсикологическийлпв

Молибден Мо 1,1 0,15 0,5 санитарно-токсикологический ЛПВ

Цинк Zn 0,6 0,87 1,0 общесанитарныйлпв

 

По таблице 1 находим лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) и ПДК данных загрязнителей соответственно категории водопользования.

Итак, к группе санитарно-токсикологического ЛПВ относятся: никель, молибден и мышьяк. К группе общесанитарного ЛПВ относится цинк.

Так как загрязнители, относящиеся к одному ЛПВ, обладают эффектом суммации, необходимую эффективность очистки можем найти по формуле 7.

Для упрощения вычислений рассчитаем сначала части этой формулы:

 

z С_в3 С_в(Ni) С_в(Мо) С_в(As) 0,003 0,15 0,002

Σ ------ = Σ ------------ + ------------- + ----------- = ------ + --------- + --------- = 0,346

1 С_ПДК 1 ПДК(Ni) ПДК(Мо) ПДК(As) 0,1 0,5 0,05

 

z С_ст 3 С_ст(Ni) С_ст(Мо) С_ст(As) 1,15 1,1 0,6

Σ ------ = Σ ------------ + ------------- + ----------- = ------ + --------- + --------- = 25,7

1 С_ПДК 1 ПДК(Ni) ПДК(Мо) ПДК(As) 0,1 0,5 0,05

 

Подставим в формулу 7:

 

65 -1

1 - -------- · 0,346

Э = (1 - -------------------------) · 100 = 67 %

25,7

--------

В связи с тем, что в группу общесанитарного ЛПВ входит одно вещество – цинк, его концентрацию в сточной воде, разрешенную к сбросу в водоток, определяют по выражению 6, при этом

С_р._с. (Zn) = ПДК (Zn) = 1,0 мг/л:

 

С_оч.(Zn) ≤ n · ( ПДК (Zn) – С_в (Zn) ) - С_в (Zn)

С_оч.(Zn) ≤ 65 · ( 1,0 – 0,87) – 0,87 = 7,58

С_оч.(Zn) ≤ 7,58

0,6 ≤ 7,58 поэтому очистки сточных вод от цинка не требуется. Если бы концентрация загрязнителя в сточной воде С_ст была бы больше рассчитанной концентрации С_оч., то необходимую эффективность очистки нужно было рассчитать по формуле 2.

Вывод: таким образом, для соблюдения санитарных условий сброса сточных вод указанного состава необходимо удалить на очистных сооружениях не менее 67 % вредных веществ, относящихся к санитарно-токсикологическим ЛПВ, очистки от цинка не требуется.

ТАБЛИЦА 1.

ПДК металлов для водоемов

 

Металл-загрязнитель	ПДКв, мг/дм^3	ЛПВ	ПДКвр, мг/дм^3	ЛПВ
никельNi	0,1	санитарно-токсикологический	0,01	токсикологический
молибден Мо	0,25	санитарно-токсикологический	0,0012	токсикологический
мышьякAs	0,05	санитарно-токсикологический	0,05	токсикологический
ванадий V	0,1	санитарно-токсикологический	0,001	токсикологический
вольфрам W	0,05	санитарно-токсикологический	0,0008	токсикологический
сурьма Sb	0,05	санитарно-токсикологический	0,01	токсикологический
цинкZn		общесанитарный	0,01	токсикологический
медь Cu		органолептический	0,001	токсикологический

 

ПДК_в – предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, мг/л. Это концентрация, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на органы человека в течение всей его жизни, а также на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования - Лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) – санитарно-токсикологический

ПДК_в._р. – предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей, мг/л.

Категория водного объекта	Виды ЛПВ
Культурно-бытовые и хозяйственно-питьевые водные объекты	санитарно-токсикологический; общесанитарный; органолептический
Водные объекты рыбохозяйственного назначения	1) рыбохозяйственный; токсикологический; органолептический

ПДК для загрязнителей водоемов устанавливается по 4 критериям:

1. токсикологический (отсутствие влияния примесей на здоровье населения);

2.органолептический (отсутствие влияния загрязнителя на вкус, цвет, запах воды);

3.общесанитарный (отсутствие влияния загрязнителя на общий санитарный режим водоема, т.е. на процесс самоочищения);

4. восстановительный (отсутствие влияния загрязнителей на восстанавливаемость рыбных ресурсов).

Для загрязняющих воду веществ установлено также 4 класса опасности

 

Задание.

 

Задача 1

Определить концентрацию взвешенных веществ в сточной воде, разрешенной к сбросу в водоток после очистных сооружений и необходимую эффективность очистки сточной воды по вариантам

 

Варианты параметров к задаче 1

№ ва- риан- та	Q, м^3/с	q, м^3/с	Сст. мг/л	Сф. мг/л	γ	Категория водопользования водного объекта
1.		0,50			0,67	Рыбохозяйственная
2.		0,55		3,5	0,67
3.		0,60		4,5	0,67
4.		0,65			0,67
5.		0,70			0,67
6.		0,75		6,5	0,67
7.		0,80			0,67
8.		0,85		5,5	0,67
9.		0,90			0,67
10.		0,95			0,67
11.		1,00			0,67	Хозяйственно-питьевого назначения
12.		1,05		5,5	0,67
13.		1,10			0,67
14.		1,15			0,67
15.		1,20			0,67
16.		1,50			0,67	Культурно-бытового назначения
17.		1,70			0,67
18.		1,75			0,67
19.		1,80			0,67
20.		2,00			0,67

 

Задача 2

 

Условие задачи 2:

Определить необходимую степень очистки производственных сточных вод от вредных веществ.

 

Исходные данные в таблице к задаче 2.

 

 

Практическая работа 6

 

Техногенная нагрузка.

оценка техногенной нагрузки на геологическую среду на примере разных областей украины

 

Задание:

1. Ознакомится с понятиями «техногенная нагрузка», «модуль техногенной нагрузки».

2. Ознакомится с методикой расчета модуля техногенной нагрузки. Рассчитать модуль техногенной нагрузки для различных областей Украины.

 

Для оценки уровня загрязнения окружающей среды, кроме предельно допустимых концентраций, используется еще такой критерий как предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) и техногенная нагрузка на природные объекты. Техногенная нагрузка характеризуется интегральным показателем – модулем техногенной нагрузки (МТН). Модуль определяется как отношение суммы объемных или весовых масс всех отходов (стоки, выбросы в атмосферу, твердых отходов) за год к площади административной области (тыс. т на км² в год).

Украина относится к странам с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства. Одновременно для нее характерна высокая плотность населения. Техногенные нагрузки на геологическую среду в Украине превышают аналогичные показатели в соседних странах в 5-15 раз. Экологическая ситуация постоянно ухудшается, что приводит к негативному изменению условий проживания, производственной деятельности людей, а также приносит экономический ущерб державе.

Основными объектами, влияющими на состояние окружающей среды и ее составляющей – геологической среды, являются предприятия горной промышленности, энергетики, агропромышленного комплекса, объекты коммунального хозяйства, отходы различных производств, которые накапливаются в отвалах, отстойниках, свалках и др., а также сбрасываются в поверхностные водотоки и водохранилища.

Геологическая среда является наиболее важным компонентом природной окружающей среды. В составе геологической среды выделяют почвы, горные породы верхней части литосферы, донные отложения, подземные воды. Человечество тесно связано с геологической средой – любые изменения состояния ГС и установившиеся между ними связи под влиянием производственной деятельности сопровождаются нарушением масштабов, природных скоростей и направлением геологических процессов и, как следствие, неблагоприятными изменениями экологических условий жизнедеятельности человека. ГС является главным накопителем загрязняющих веществ (радионуклидов, тяжелых металлов, токсичных органических соединений и др.), которые поступают с жидкими и твердыми отходами, а также с воздушными выбросами. Добыча полезных ископаемых, строительство инженерных сооружений и мощных техногенных полей физической и химической природы привели к необратимым изменениям в геологической среде и нарушили динамику природных и небезопасных техногенных процессов.

Украина относится к странам с интенсивным развитием промышленных и сельскохозяйственных отраслей народного хозяйства, а также высокой плотностью населения. На площади 603,7 тыс.кв.км. производится 23% валового национального продукта бывшего СССР, в том числе 50% руд черных металлов, 40 % стали, 30% угля и проката и др. В связи с этим техногенная нагрузка на экологические параметры окружающей среды, в том числе и на человека значительные. В среднем ежегодно поступает в окружающую среду /биологическую, водоповерхностную, воздушную/ до 18 млн.т удобрений, 160 тыс. т ядохимикатов, 12-13 млн.т газовых выделений тепловых электростанций, около 33 млн.т соединений в промстоках общим объемом 20 куб.км/год /50 % водопользования/.

По оценкам АН Украины, Госкомгеологии Украины в Крыму, Донбассе, Предкарпатье, Приднепровье загрязняющее влияние водно-воздушных выбросов на водные ресурсы в десятки раз превышает ПДК или защитную способность почв зоны аэрации. По оценкам специалистов АН Украины, Госкомгеологии загрязняющие прогнозные ресурсы питьевых подземных вод оценивается в 2,12 млн.куб.м/сутки при общем отборе ресурсов подземных вод 10,9 млн.куб.м /сутки. Масштабным фактором регионального ухудшения эколого-геохимической обстановки в последние десятилетия является химизация земель при технически отсталой культуре сельскохозяйственной технологии, обусловливающая устойчивое и долговременное поступление нитратов и пестицидов в подземные воды украинского региона с увеличением глубины проникновения от десятков до сотен метров.

Значительные изменения экологических параметров окружающей среды произошли в результате аварии на ЧАЭС, что вызвало выделение широкого спектра радионклидов, в том числе долгоживущих - цезия 137,134,стронция-90, плутония-239 и др. Спецификой долговременного радиологического влияния последствий аварии на ЧАЭС является устойчивое загрязнение верхней зоны, прежде всего почв, лесной растительности, поступления радионуклидов в донные отложения, прежде всего в бассейн р. Днепр, с водным ресурсами которого связано водоснабжение 35 млн. человек (70 проц. всего населения Украины).

Существенные изменения геологической среды происходят под влиянием площадных инженерных систем, которыми являются промышленно-городские агломерации Киев, Днепропетровск, Одесса, Черновцы, Харьков и др., и территориально-производственные комплексы (Донбасс, Кривбасс и др.).

Значительные нарушения равновесия верхней зоны пород под влиянием горных работ, промышленной городской застройки, мелиорации, широкого зарегулирования поверхностного стока (строительство до 24 тыс. прудов и водохранилищ на площади до 5000 км² с накоплением больших водных масс привело к резкой активации опасных оползней, карста, просадок, подтоплений и др. в районах Предкарпатья, Крыма, Донбасса, Кривбасса, городов Одессы, Днепропетровска, Хмельницкого и др. Проявление таких процессов, опережающих темпы роста экономики существенно влияют на безопасную работу промышленных обьектов и сельскохозяйственных угодий.

На Украине подвергнуто подтоплению около 600 тысяч га пахотных земель - 1,5 от общей площади сельскохозяйственных угодий, до 100 тыс.га городских площадей и более 30 тыс.га сельской местности, проявляются просадки, нарушение устойчивости породного массива, снижение защитной способности в зонах выработок с формированием больших объемов сильно минерализованных стоков на площади до 30 тыс.км., т.е. 5 проц. от общей территории Украины.

Территория Украины характеризуется следующими ландшафтными зонами, которые обусловливаются:

1. Высокой способностью самоочищения и низкой степенью загрязнения. Сюда входят Закарпатская область, юго-западная часть Львовской, Ивано-Франковской областей (за исключением районов северо-востока), юго-западная часть Черновицкой области и горный Крым.

2. Средней степенью самоочищения и загрязнения. Сюда относятся юг Житомирской области, юго-западная часть Киевской, север и северо-восток Винницкой, Черкасской и часть Днепропетровской области, юг Донецкой и Запорожской областей.

3.Низкой способностью самоочищения и низким уровнем загрязнения: север Львовской области, юг Волынской, Тернопольская, Николаевская, Харьковская, юг Винницкой, север Одесской, север Харьковской, Луганской областей и Крыма, и низкой способностью самоочищения и высоким уровнем зараженности промышленности загрязнениями Днепропетровской, юга Одесской, Запорожской областей.

4. Территории, в которых преобладает аккумуляция промышленных загрязнений, это большая часть Киевской, Черниговской, Сумской, Полтавской, восточной части Днепропетровской, Донецкой, Запорожской областей и юга Луганской области.

5.Зоны Полесья, Киевской, Черниговской, Черкасской областей, зоны следов аварии ЧАЭС, которые относятся к переменным зонам накопления и самоочищения.