При сбросе загрязняющих веществ

Прогнозирование качества воды осуществляется с целью ее   охраны от загрязнения, определения соответствия санитарным правилам и нормам, установленным для водных объектов. Основные показатели качества воды:

– качественный и количественный состав молекулярных растворов;

– наличие взвешенных и коллоидных частиц (твердых, жидких);

– биохимическое потребление кислорода, связанное с деятельностью микроорганизмов;

– качественный и количественный биохимический состав (наличие бактерий, спор и других микроорганизмов).

Различают консервативные и неконсервативные загрязняющие вещества. Консервативные загрязнители не меняют концентрацию с течением времени. Содержание неконсервативных загрязнителей изменяется во времени.

Деление веществ на неконсервативные и консервативные условно, так как содержание практически всех компонентов в воде зависит от временнόго фактора.

Концентрация загрязняющего вещества зависит от фона, степени разбавления и загрязнения сброса:

 

,

 

где  – концентрация вещества в водоеме, кг/м³;  – фоновая концентрация загрязняющего вещества, кг/м³;  – концентрация вещества в стоке, кг/м³;  – разбавление сточной воды;  – число источников сброса.

Для неконсервативных веществ учитывают фактор очищения воды под действием внешних условий:

,

где  – коэффициент неконсервативности, учитывающий самоочищение воды, , .

Снижение или увеличение температуры воды в водоеме в результате сброса выражается следующим образом:

 

,

 

где  – температура стока, °С;  – температура водоема или реки.

Таким образом, для экспертной оценки качества воды необходимо знать физико-химические свойства сточной воды и ее разбавление в водоеме.

Существуют специальные методы расчетов разбавления сточных вод в водоемах. Наиболее простой рассмотрен в задаче с помощью материального баланса:

 

,

 

где  – расход воды в реке, м³/с;  – расход воды в стоке, м³/с; ,  – соответственно концентрация фоновая в стоке и в реке после сброса загрязненной воды, кг/м³.

Решим уравнение материального баланса относительно параметра :

.

Сравним полученное уравнение с уравнением для расчета концентрации загрязняющего вещества в воде и найдем разбавление стока:

 

.

 

Уравнение материального баланса дает возможность рассчитать концентрации загрязняющего вещества при условии, что речная вода полностью смешивается с водой стока. Это условие реализуется при сопоставимых расходах стока и речной воды.

В реальных условиях разбавление стока зависит от коэффициента смешения, показывающего, какая часть речной воды смешивается со сточной:

,

где  – коэффициент смешения.

Коэффициент смешения рассчитывают следующим образом:

, 

φ· ; ;

^,

H ˃1,

где φ – коэффициент извилистости реки,  равный отношению расстояний по берегу и по фарватеру;  ξ – коэффициент выпуска: ξ = 1 при выпуске стока у берега, ξ = 1,5 при выпуске в речной поток; D – коэффициент турбулентной диффузии; v – скорость речного потока, м/с;

Н – глубина реки, м; l – расстояние от места сброса до точки отбора пробы воды, м; 0,03 – коэффициент шероховатости ложа реки.

Ориентировочная оценка коэффициента  (при 20 – 30% точности расчетов):

0,2φ

Прогноз качества воды оказывается тем ближе к действительности, чем лучше учтены гидравлические условия в водоеме. Так, из расчетных формул следует, что в зоне непосредственного смешения стока с водой реки могут меняться параметры турбулентного движения жидкости, а в зависимости от их изменения и коэффициент смешения.

Разбавление сточных вод в контрольном створе (пункт отбора воды на проверку качества находится на расстоянии 500 – 1000 м от места сброса) может не достигать нужных значений. Для достижения качества воды применяют метод рассеивающего выпуска. В рассеивающем выпуске сброс сточных вод осуществляют по всей ширине реки, увеличивая коэффициент смешения.

Разбавление сточной воды в водохранилищах и озерах зависит от начального и конечного разбавления, которое определяет общее разбавление, равное

,

где  – начальное;  – конечное;  – общее разбавление.

При определении разбавления в водохранилищах и озерах рассматривают три случая:

– выпуск сточных вод происходит у берега, загрязняющее вещество распространяется вдоль берега;

– выпуск сточных вод осуществляют на некотором расстоянии от берега, распространение загрязняющего вещества происходит к берегу против выпуска;

– выпуск стока осуществляют на некотором расстоянии от берега, загрязнение распространяется параллельно берегу.

Для первого и второго случая начальное и конечное разбавление рассчитывают по формулам:

;

;

где  – скорость ветра, м/с (при неизвестных значениях берут примерно 5 м/с).

Формулы справедливы при выпуске сточных вод у берега или в мелководье в верхнюю треть глубины, а расстояние до контрольного пункта отбора проб не превышает 20 км. Ширина водоема в месте выпуска не менее 500 м.

При выпуске сточных вод в нижнюю треть глубины используем следующие формулы:

; ;

В остальных случаях разбавление и концентрации веществ рассчитывают методом параллелепипедов, при этом водоем разбивается на параллелепипеды определенной длины, высоты и ширины и в каждом участке воды находят концентрацию загрязняющего вещества.

В замкнутых водоемах, водохранилищах, озерах при сбросе сточных вод происходит накопление веществ. Увеличение концентрации вещества со временем при условии полного смешения воды водоема и стока оценивают из уравнения материального баланса для системы водоем–сток:

,

где С – концентрация вещества в водоеме к моменту времени t, кг/м³ ; V ₀ – объем воды в водоеме, м³;  – скорость сброса сточной во-

ды, м³/с; t – время сброса сточной воды, с; С ₀ – концентрация вещества в стоке, кг/м³.

Решим уравнение относительно параметра С:

Неконсервативность отдельных компонентов загрязнения учитывают только в том случае, когда имеют надежные и достоверные значения коэффициентов неконсервативности (табл. 5.8).

Неконсервативность веществ равна нулю в том случае, когда в процессе биохимической деструкции исходных компонентов образуются продукты более высокой токсичности. Так, все соединения ртути являются токсичными, поэтому неконсервативность ртути в воде равна нулю.

Таблица 5.8

Коэффициенты неконсервативности органических веществ в статических условиях при температуре 20 ^ºС

Вещество	Коэффициент неконсервативности, сут^–^1
Формальдегид Стиральный порошок Метанол Этанол Фенол Изобутанол Гидрохинон Азот аммонийный Нефтепродукты	0,61 0,26 0,25 0,22 0,17 0,13 0,017 0,03 0,019

 

Более того, при сбросе соединений ртути в воду при участии микроорганизмов происходит образование метилртутных соединений, аккумулируемых водными организмами. Концентрация в рыбе соединений ртути возрастает в 3000 раз по сравнению с окружающей средой. Употребление такой рыбы в пищу приводит к тяжелым поражениям центральной нервной системы и изменению наследственности.