Определение необходимой степени очистки производственных сточных вод

Для правильного определения необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в водоем, в каждом случае нужно иметь подробные данные об их количестве и составе, а также данные детальных обследований водоема, характеризующие местные гидрологические и санитарные условия.

 

2.1. Расчет степени очистки сточных вод по взвешенным веществам

Допустимая концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах перед сбросом в водоем (m, мг/л) определяется из уравнения

aQb + qm = (aQ + q)(p + b), (2.1)

откуда m = p(aQ/q + 1) + b, (2.2)

где m – допустимое содержание взвешенных веществ в спускаемых сточных водах, мг/л;

b – содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод, мг/л;

p – допустимое по санитарным нормам увеличение взвешенных веществ в водоеме после спуска стоков, мг/л;

Q – расход воды в водоеме, л/с;

q – расход воды сточных вод, поступающих в водоем, л/с;

a – коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода воды в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе.

Коэффициент смешения a определяют по следующей формуле:

(2.3)

где е – основание натуральных логарифмов;

L – расстояние от створа выпуска сточных вод до ближайшего пункта водопользования по течению реки, м;

b - коэффициент, учитывающий гидравлические факторы в реке.

Коэффициент b определяется по формуле:

(2.4)

j - коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру L_ф и расстоянию между этими пунктами по прямой L_пр:

j = L_ф/L_пр, (2.5)

x - коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод: при выпуске у берега x = 1, при выпуске в фарватер x = 1,5.

D – коэффициент турбулентной диффузии.

Коэффициент D определяется по формуле:

D = V_cp*H_cp/200, (2.6)

где V_cp – средняя скорость течения реки, м/с;

H_cp - средняя глубина реки, м.

Степень необходимой очистки (h, %) по взвешенным веществам определяется по формуле:

h = 100*(C – m)/C, (2.7)

где С – содержание взвешенных частиц в сточных водах до очистки, мг/л.

 

2.2. Расчет степени очистки сточных вод по содержанию вредных веществ

Необходимая степень очистки сточных вод определяется применительно к общесанитарным и органолептическим показателям вредности и к каждому из нормативных показателей загрязнения.

Расчеты по определению необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в водоем, производят по количеству взвешенных веществ, по допустимой БПК в смеси речной воды и сточных вод, по потреблению сточными водами растворенного кислорода, по температуре воды, окраске, запаху и солевому составу, по ПДК токсичных примесей и других вредных веществ, а также по изменению активной реакции воды водоема.

Взаимосвязь между санитарными требованиями к условиям спуска сточных вод в водоемы (соответствие состава и свойств воды водоема, используемого для водопользования, установленным нормативам) и необходимой степенью очистки сточных вод перед спуском их в водоем в общем виде выражается формулой

(2.7)

где С_ст – концентрация загрязнения (вредного вещества) сточных вод, при которой не будут превышены допустимые пределы (расчетный показатель состава и свойств воды в соответствии с санитарными требованиями);

С_р – концентрация этого же вида загрязнения (вредного вещества) в воде водоема выше места выпуска рассматриваемого стока,

С_п.д – предельно допустимое содержание загрязнения (вредного вещества) в воде водоема;

а – коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода воды в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе;

Q – расход воды в водоеме;

q – расход сточных вод, поступающих в водоем.

Преобразуя формулу (2.7), получим значение С_cт, т. е. концентрацию загрязнения (вредного вещества) в сточных водах, которая должна быть достигнута в результате их очистки и обезвреживания:

(2.8)

Расчетные створы ближайших пунктов водопользования устанавливаются органами Государственного надзора с учетом перспектив использования водоема.

 

2.3. Определение, необходимой степени очистки по БПК_полн

 

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – это количество растворенного в воде кислорода, израсходованное в определенный промежуток времени на аэрофобное (с доступом кислорода) биохимическое окисление бактериями и микроорганизмами нестойких органических соединений, содержащихся в исследуемой воде. БПК определяют для различных отрезков времени, например, за 5 суток (БПК₅), за 20 суток (БПК₂₀), а также независимо от времени – на полное окисление органики (БПК_полн).

В основу расчета положено изменение степени загрязненности путем разбавления сточных вод водоема, а также за счет биохимических процессов самоочищения сточных вод от органических веществ.

Баланс БПК смеси речной и сточной воды в расчетном створе (без учета реаэрации) выражается уравнением

(2.9)

где L_ст – БПК_полн сточной воды, которая должна быть достигнута в процессе очистки, L_р – БПКполн речной воды до места спуска сточных вод, L_п.д – предельно допустимая БПК_полн смеси речной и сточной воды в расчетном створе, k_ст и k_р – константы скорости потребления кислорода соответственно сточной и речной водой; t – продолжительность перемещения воды от места спуска сточных вод до расчетного пункта, сут, равная отношению расстояния по фарватеру от места спуска сточных вод до расчетного пункта L_ср к средней скорости течения воды в реке на данном участкеv_cp.

Отсюда

(2.10)

Если фактическая БПК_полн подлежащей сбросу сточной воды L_a > L_ст, то вода до выпуска в водоем должна быть очищена. Необходимая степень очистки h, %, определяется выражением

(2.11)

Константа k_р имеет различные значения в зависимости от температуры воды:

Т ⁰С 0 5 10 15 20 25 30

k_р 0,04 0,05 0,063 0,08 0,1 0,126 0,158

Константу скорости потребления кислорода k_ст следует либо определять на основе литературных данных и аналогичных показателей для родственных предприятий, либо проводить специальные исследования. По полученным данным строится кривая потребления кислорода, на основании которой и рассчитывается k_ст.

 

2.4. Расчет степени очистки сточных вод по содержанию растворенного кислорода

В воде водоема после смешения с ней сточных вод количество растворенного кислорода не должно быть менее 4 мг/л (для водоемов питьевого и культурно-бытового вида водопользования).

Если в расчетном створе окажется, что содержание растворенного кислорода больше или равно нормированному, то во всех остальных створах по течению воды его содержание будет большим. При расчете принимается, что если концентрация содержащегося в воде растворенного кислорода не станет ниже 4 мг/л в течение первых двух суток, то снижения в дальнейшем не произойдет. Поскольку растворенный кислород в основном идет на снижения БПК, то при расчете это значение определяется в сбрасываемых сточных водах.

Допустимая концентрация по растворенному кислороду (БПК) в очищенных сточных водах находится по формуле:

L_cm = aQ*(Q_p – 0,4L_p – 4)/0,4q – 4/0,4, (2.12)

где Q_p – содержание растворенного кислорода в речной воде до места выпуска сточных вод, мг/л;

L_p, L_cm – БПК_полн соответственно речной и сточной воды, мг/л;

0,4 – коэффициент для пересчета БПК_полн в двухсуточное значение;

4 – минимальная концентрация кислорода в воде.

Если полученная величина L_cm меньше фактического значения БПК_полн в сточных водах (L^ф_cm, мг/л), то последние должны быть очищены до концентрации органических загрязнителей по БПК_полн, равной концентрации L_cm. Степень очистки рассчитывается по формуле:

h = 100*(L^ф_cm – L_cm)/L_cm,(2.13)

где L^ф_cm – фактическое значение БПК_полн в сточных водах, мг/л.

 

2.5. Определение необходимой степени очистки по температуре воды водоема

 

Расчет производится в соответствии с санитарными требованиями, ограничивающими повышение летней температуры воды за счет термальных загрязнений сточных вод, поступающих в водоем. Это условие описывается уравнением

(2.14)

где T_ст – максимальная температура сточных вод, при которой соблюдается санитарное требование относительно температуры воды в расчетном створе; T_р – максимальная температура воды водоема до места выпуска сточных вод в летнее время, T_д – допустимое повышение (не более чем на 3°С) температуры воды водоема.

Полученные в результате расчетов Сⁱ_cm по каждому загрязняющему веществу и необходимая степень очистки сточных вод по вредным являются основой для выбора технологии очистки сточных вод и выбора аппаратов для очистки стоков по их эффективности и нагрузке.

 

Задание на работу

Оценить соответствие состава и свойств сбрасываемых сточных вод нормативным требованиям и рассчитать, при необходимости, степень очистки стоков. Параметры сточных вод для расчета принимаются по варианту, указанному преподавателем (Приложение 1).

Расчет должен включать определение допустимых значений концентрации взвешенных веществ, концентрации вредных веществ и БПК_полн по растворенному в воде кислороду в спускаемых сточных водах.

Если фактические значения указанных величин превышают допустимые, то рассчитать необходимую степень очистки сточных вод по этим величинам.

 

4. Рекомендованная литература

1. ГОСТ 17.1.1.01-77(СТ СЭВ 3544-82). Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения.

2. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. – Л.: Химия, 1985. – 528 с.

3. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды: Учебное пособие для инженера-эколога/Под ред. А.Ф. Порядина и А.Д. Хованского. – М.: НУМЦ Минприроды России, Издательский Дом “Прибой”, 1996. – 350 с.

4. Яковлев С.В. и др. Водоотводящие системы промышленных предприятий: Учеб. для вузов. – М.: Стройиздат, 1990. – 511.

Приложение 1

Варианты заданий

Параметры	Варианты расчета
обозначение	единица
b	мг/л	3,3	9,7	19,2
p	мг/л	0,75	0,75	0,25	0,75	0,75	0,25	0,25
Q	м^3/с
q	м^3/с	0,1	0,2	0,5	0,4	0,3	2,0	1,0
L	м
Lф	м
Lnp	м
x			1,5		1,5		1,5
Vcp	м/с	0,2	0,3	0,2	0,4	0,5	0,3	0,5
Hcp	м					4,5	3,5	5,5
C	мг/л
Cp	мг/л	0,1	0,3	0,2	0,6	0,03	0,0002	0,0004
CП.Д.	мг/л	Бензол 0,5	Цинк 1,0	Железо 0,5	Медь 1,0	Никель 0,1	Этилен 0,005	Ртуть 0,005
С^фст	мг/л						0,03	0,04
Qp	мг/л
Lp	мг/л	3,0	2,9	2,7	2,1	3,0	2,7	2,8
L^фст	мг/л	4,0	4,2	3,5	3,8	4,6	4,4	3,7