Оценка вредных производственных факторов

1. Основные теоретические сведения

Для определения выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников промышленных предприятий необходимым является измерение параметров пылегазовоздушной струи (температуры пылегазовоздушного потока, давление газа в вентиляционном канале, скорости перемещения, объемного расхода, концентрации вредных веществ в пылегазовоздушном потоке).

Метод определения скорости и объемного расхода газопылевых потоков в газоходах и вентиляционных системах, (ГОСТ 17.2.4.06-90), со скоростью не менее 4 м/с заключается в измерении с помощью микроманометров и пневмометрических трубок динамического напора газа Р_д в виде разницы между полным и статическим напорами. Расчет скорости газовоздушного потока ведется по формуле:

,

где - скорость движения газовоздушного потока в воздуховоде, м/с;

Р_д - динамический напор в точке замера, Па;

с - плотность газовоздушного потока при рабочих условиях, кг/м ³.

Измерительное сечение выбирается на прямом участке воздуховода с учетом расположения местных сопротивлений (повороты, отводы, задвижки, дросселирующие устройства). Минимальная длина прямого участка, на котором выбирается измерительное сечение, должна составлять не менее 4-5 эквивалентных диаметров (Д_е). В стенках газохода проделывают отверстия во взаимно перпендикулярных осях диаметром, достаточным для введения внутрь газохода пневмометрических трубок.

В случаях, когда устье газохода, выбрасывающего вредные вещества, доступно и удобно для обследования, возможно определение скорости движения газа при помощи чашечного, (при скоростях более 5 м/с), или крыльчатого, (при скоростях от 0,1 до 5 м/с), анемометров или иных приборов, обеспечивающих аналогичные метрологические характеристики.

Измерение температуры газов производится одновременно с замерами давления с помощью термометров.

Определение запыленности газовых потоков в газоходах производится, как правило, методом внешней фильтрации, т.е. осаждением твердых частиц из отобранной пробы газа происходит вне газохода.

Метод внутренней фильтрации применяется при определении запыленности газов с высоким содержанием влаги (температура точки росы более 200 ^оС).

Запыленность газа определяется весовым способом по изменению массы аэрозольных фильтров после фильтрации. Выбор места отбора проб пыли производится аналогично измерению скорости.

Для определения выбросов пыли в атмосферу необходимо производить отбор проб методом внешней фильтрации, при которой пылеулавливающее устройство (аллонж или фильтр) располагается вне воздуховода, а исследуемый воздух подводится к аллонжу пылеотборной трубкой, вставленной в воздуховод носиком против потока воздуха.

Для получения достоверных результатов при отборе проб необходимо тщательно соблюдать условие изокиничности, т.е. скорости движения пылегазовой смеси в газоходе и в устье пробоотборного устройства должны быть одинаковыми.

В противном случае при скоростях отбора пробы выше скорости в газоходе значение концентраций будет занижено, а при меньших - завышено. Расположение входного отверстия пробоотборника должно быть строго перпендикулярно направлению движения газового потока. Отбор проб осуществляется через пробоотворные трубки, снабженные специальными наконечниками, необходимый диаметр которого рассчитывается по зависимости:

Расход просасываемого воздуха, необходимого для соблюдения равенства скоростей воздуха во входном отверстии трубки и в газоходе рассчитывается по зависимости:

, м ³/с.

Концентрацию пыли в газовом потоке определяют по формуле:

, мг/м ³

где m₂, m₁ - масса загрязненного и чистого фильтра соответственно, мг;

V_o - объемный расход газа при нормальных условиях, м ³/с;

t - время отбора пробы, мин.

Определение концентраций вредных газовых примесей, поступающих в атмосферу, производится лабораторными методами или экспресс-анализом. Отбор проб ведется путем аспирации определенного объема удаляемого воздуха через поглотительный прибор, заполненный жидким или твердым сорбентом для улавливания вещества. Определяемая примесь из большого объема концентрируется в меньшем объеме сорбента или на фильтре.

Параметры отбора проб - расход воздуха, продолжительность его аспирации через поглотительный прибор, вид сорбента и его количество - устанавливаются в зависимости от определяемого вещества по существующим методикам.

Для расчета валовых выбросов необходимы следующие исходные данные:

1. Площадь поперечного сечения газохода, т.е. для прямоугольного сечения - параметры А и В, для круглого газохода - диаметр D. В случае прямоугольного газохода определяется эквивалентный диаметр:

, м

где А и В - внутренние размеры газохода, м.

2. Параметры газовоздушной смеси на выходе источника выброса:

- скорость, м/с;

t_газа- температура, ^oC.

3. Перечень установленных вредных веществ.

4. Концентрация вредных веществ в газовоздушной смеси:

С_ср - средняя, мг/м ³;

С_max- максимальная, мг/м ³.

5. ф -фонд рабочего времени, час/год.

Валовые выбросы можно определить по зависимости:

G = C_ср*V₂₀*3.6*10^-6*ф, т/год,

где V₂₀ - расход газовоздушной смеси при нормальных условиях (Т =20^о).

, м ³/c.

Для последующего нормирования выбросов по максимальной концентрации вредного вещества С_max в газовоздушной смеси рассчитывается мощность выброса

М = С_max*V₂₀*10^-3, г/с.

Определение величины валовых выбросов необходимо для установления ущерба, нанесенного вредными веществами окружающей среде, и, в конечном итоге, компенсации этого ущерба, т.е. внесения платы за выброс.

П = G*H*K_инф*К_эк, руб.,

где Н - стоимость 1т выброса, руб. (прил. 1); К_инф = 125 - инфляционный коэффициент. К_эк - коэффициент, учитывающий напряженность экологической обстановки в данной местности. Для Тульской области К_эк = 1,9. Если рассчитываются валовые выбросы по нескольким вредным веществам, то итогом работы будет являться суммарная плата за выбросы. Результаты расчетов валовых выбросов сводятся в таблицу.

Таблица 1. Характеристика источников выбросов вредных загрязняющих веществ

Номер источ-ника выбро-сов.	Высота источ-ника выбро-сов, м	Диаметр или размер сечения устья источника, м	Параметры газовоздушной смеси на выходе из источника выбросов	Наимено-вание вредного вещества	Количество вредных веществ выбрасываемых в атмосферу
			Ско-рость, м/с	Объем, м 3/сек	Температура 0С		Макси-мальное, г/с	Суммар-ное, т/г
1	2	3	4	5	6	7	8	9

ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

1. Изучить методы и средства измерения параметров пылегазовоздушных потоков, выбрасываемых в атмосферу от различных производств.

2. Рассчитать валовые выбросы вредного вещества в атмосферу.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. На основе варианта задания выполнить расчет валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и заполнить таблицу.

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ

Отчет должен содержать: название работы, цель, результаты расчетов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Понятия: источник вредных выделений, источник вредных выбросов, организованный и неорганизованный источник выбросов.

2. Параметры газовоздушной струи, необходимые для определения валовых выбросов.

3. Определение необходимого количества измерительных точек.

4. Понятие об условии изокинетичности.

5.Задачи проведения инвентаризации источников выбросов, загрязняющих веществ.

6. Регулярность проведения инвентаризации источников выбросов.

Практическая работа № 6. Основы нормирования параметров сброса промышленных предприятий

Цель работы: научиться оценивать соответствие качества вод промышленного и хозяйственно-бытового водоснабжения нормам; освоить методику расчета степени необходимой очистки сточных вод перед выбросом их в водоемы.

1. Основные теоретические сведения. Нормирование качества воды

Под качеством воды понимают совокупность свойств воды, обусловленных характером содержащихся в ней примесей. Качество природных вод формируется под действием различных факторов: физического, химического, микробиологического характера. В соответствии с этим и состав воды оценивают физическими, химическими и санитарно-биологическими показателями.

К физическим показателям относят температуру, содержание взвешенных веществ, цветность, запахи и привкусы.

Температура поверхностных вод колеблется в зависимости от времени года, гипсометрической отметки поверхности, климатических характеристик, а также от антропогенного и техногенного влияния на источники и реки. Температура поверхностных вод колеблется в пределах от 0 до 30⁰С. Температура подземных вод обусловлена их приуроченностью к зоне аэрации или термальной зоне, для зоны аэрации температура находится в пределах 8-12 ⁰С.

Прозрачность и мутность воды зависят от наличия взвешенных веществ, их гидравлической крупности, характера происхождения взвешенных веществ.

Цветность и окраску воде придают гуминовые и фульвокислоты, а также растворимые соли.

Привкусы и запахи природных вод обусловлены наличием в воде солей, продуктов жизнедеятельности гидробионтов, процессами, идущими в водоемах после сброса сточных вод и др. Привкусы определяются по пятибалльной шкале с помощью органов чувств - органолептически.

Запахи воде также придают соли и продукты жизнедеятельности гидробионтов. Различают запахи естественного происхождения: землистый, рыбный, болотный, гнилостный, тинистый, ароматический, сероводородный и т.п. Запахи искусственного происхождения: хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлорфенольный, нефтепродуктов и т.п.

Интенсивность запахов определяют органолептически при температуре 20 и 60⁰С и оценивают их по пятибалльной шкале: 0 - нет, 1 - очень слабый, 2 - слабый, 3 - заметный, 4 - отчетливый, 5 - очень сильный.

Взвешенные и растворенные вещества при их выделении различными методами дают общий, сухой и прокаленный остаток. Общий остаток образуется при высушивании навески воды при температуре 105-110⁰С без предварительной фильтрации. Остаток, образовавшийся при высушивании воды после предварительной фильтрации носит название сухого остатка и характеризует наличие растворенных в воде солей и их массу. В растворенных соединениях могут быть вещества органического характера, которые при прокаливании остатка при температуре 800⁰С улетучиваются и в итоге остаются вещества неорганического характера - прокаленный остаток. Прокаленный остаток характеризует солесодержание воды. Таким образом общий остаток является суммой солесодержания воды, органических растворенных веществ и плавающих примесей, в основном, неорганического характера.

Химический состав воды характеризуется: ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной концентрацией водородных ионов (рН), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, углекислого и др. газов.

Ионный состав. В составе химических соединений, растворенных в воде, некоторые компоненты присутствуют в значительных количествах, другие в менее. Компоненты, постоянно и в значительных количествах содержащиеся в водных растворах, носят название макрокомпонентов. Это анионы: Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, CO₃^2-; Na⁺, катионы: K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺. Макрокомпоненты (десятки и сотни мг/л) составляют основу солесодержания поверхностных и подземных вод, их определение обязательно при выполнении любого анализа воды.

Компоненты, присутствующие в меньших количествах - мезокомпоненты, также обязательны при выполнении анализов воды, особенно при анализе подземных вод, т.к. часто характеризуют природу их происхождения. Это: NH₄⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, NO₂^-, NO₃^-, PO₄^3-. Компоненты, содержащиеся в количествах до сотен мкг/л - микрокомпоненты и в их числе почти все металлы и неметаллы таблицы Д.И. Менделеева.

Форма представления концентраций ионов в мг/л или мг-экв/л. Последнее предпочтительнее, т.к. позволяет определить правильность результатов анализа.

Минерализация - суммарная масса растворенных твердых минеральных веществ (мг/л) определяется суммированием данных анализа и должна хорошо коррелировать со значениями сухого остатка. При сбросе неочищенных сточных вод могут наблюдаться резкие изменения минерализации с последующим разбавлением.

Щелочность воды (мг-экв/л) определяется суммой содержащихся в воде ионов слабых кислот: угольной, органических. Различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность, между которыми в растворе устанавливается определенное равновесие.

Жесткость воды (мг-экв/л) обусловлена наличием солей кальция и магния. Различают карбонатную, устранимую, неустранимую жесткость. Карбонатная жесткость представлена суммой ионов НСО ₃^- и СО ₃^2-. При кипячении воды (1 ч) бикарбонаты разрушаются и превращаются в карбонаты. Разность между содержанием соединений кальция и магния до и после кипячения есть устранимая жесткость. Неустранимая и некарбонатная жесткость обусловлена наличием сульфатных (преимущественно) солей кальция, магния и определяется по разности между общей жесткостью и карбонатной.

По величине жесткости различают: очень мягкие воды (жесткость до 1,5 ммоль/л), мягкие (1,5-3), умеренно жесткие (3-5,4), жесткие (5,4-10,7) и очень жесткие (более 10,7 ммоль/л). Воды, поступающие в водопровод г. Тулы и некоторых городов области отмечаются как очень жесткие (20 и более ммоль/л).

Макрокомпоненты в природных водах далеко не всегда находятся в равновесии, в результате развивается так называемая агрессивность вод. Различают углекислотную, сульфатную, выщелачивания, общекислотную и др. При наличии избыточной концентрации, например, угольной кислоты по отношению к свободному углекислому газу, развивается углекислотная агрессивность, которая приводит к тому, что вода, действуя на минералы или строительные конструкции, разрушает карбонаты.

Качество воды нормируется для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Для этого применяется санитарно-гигиеническое и рыбохозяйственное нормирование. Санитарно-гигиеническое нормирование применяется для того, чтобы обеспечить надлежащее качество воды в контролируемом створе и предполагает оценку воды в водных объектах по нескольким показателям: санитарно-гигиеническим, санитарно-токсикологическим, общесанитарным, органолептическим. Кроме общесанитарных показателей применяются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ, объединенных в группы по лимитирующим признакам вредности (ЛПВ). Предельно допустимые концентрации установлены более, чем для 900 ингредиентов, их значения даются в специальных справочниках.

По санитарному признаку устанавливаются микробиологические и паразитологические показатели воды (число микроорганизмов и число бактерий группы кишечных палочек в единице объема). Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического состава, определяются содержанием химических веществ, которое не должно превышать установленных нормативов. Наконец, при определении качества воды учитываются органолептические (воспринимаемые органами чувств) свойства: температура, прозрачность, цвет, запах, вкус, жесткость.

На промышленных предприятиях значительная часть воды (на отдельных производствах до 70-90 %) расходуется на охлаждение продуктов в теплообменных аппаратах (вода практически не загрязняется, а лишь нагревается). Кроме того, вода используется: для транспортирования и поглощения растворенных или нерастворенных (минеральных и органических) примесей; в качестве растворителя реагентов; в качестве среды, где происходят физико-химические реакции; для промывки промежуточной и готовой продукции (вода загрязняется продуктами, с которыми она соприкасается).

Таким образом, вода на промышленных предприятиях используется, как правило, для вспомогательных целей и в состав продукции входит лишь в некоторых технологических процессах и сравнительно в небольших количествах. Физико-химические показатели состава сточных вод отдельных производств (табл.1) свидетельствуют о широком диапазоне колебаний состава этих вод, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора оптимального метода очистки для каждого вида вод.

Таблица 1. Физико-химические показатели состава сточных вод некоторых промышленных предприятий

Показатель	Метал-лургический комбинат	Фабрика ПОШ	Гидролизный завод	Спиртово-крахмаль-ный завод	Красильно-отделочная фабрика
Содержание, мг/л:
плотного остатка	600	33 500	8 600	1 400	1 200
взвешенных веществ	500	28 000	950	470	170
азота аммонийного	-	210	150	45	12
фосфатов	-	-	40	15	1
нефтепродуктов	40	-	-	-	-
жиров	-	7 800	-	-	-
ПАВ	-	-	-	-	100
фурфурола	-	-	50	-	-
Интенсивность окраски	-	-	-	-	1:150
по разбавлению
БПК 5, мг/л	-	6 300	2 400	360	200
БПКполн, мг/л	-	17 800	3 300	580	250
ХПК, мг/л	50	44 000	4 900	830	600
рН	8	9,5	5,5	7,2	9

Таким образом, вода на промышленных предприятиях используется, как правило, для вспомогательных целей и в состав продукции входит лишь в некоторых технологических процессах и сравнительно в небольших количествах.

Нормативные показатели качества природных вод разработаны для двух видов водопользования: а) хозяйственно-питьевого и культурно-бытового; б) рыбохозяйственного.

Основное нормативное требование к качеству воды водных объектов состоит в соблюдении установленных предельно допустимых концентраций (ПДК).

Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования [2].

Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых [2].

ПДКвр представляет собой норматив качества воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей; прежде всего, к этой группе относятся водные объекты по сохранению и воспроизводству ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к недостатку кислорода. Таким образом, введение ПДКвр можно считать определенным шагом на пути экологического нормирования состояния водной среды, учитывающего не только интересы человеческой деятельности, но и в некоторой степени предполагающего ограничение воздействия на гидробионтов (условия, приемлемые для чувствительных промысловых рыб, как правило, благоприятны и для всего биоценоза).

Основным нормативом сбросов загрязняющих веществ, установленным в России, является предельно допустимый сброс (ПДС) - масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте. ПДС - предел по расходу сточных вод и концентрации содержащихся в них примесей - устанавливается с учетом предельно допустимых концентраций веществ в местах водопользования (в зависимости от вида водопользования), ассимилирующей способности водного объекта, перспектив развития региона и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды [3].

ПДС устанавливаются для каждого источника загрязнения и каждого вида примеси с учетом их комбинированного действия. В основе определения ПДС (по аналогии с ПДВ) лежит методика расчета концентраций загрязняющих веществ, создаваемых источником, в контрольных пунктах - расчетных створах - с учетом разбавления, вклада других источников, перспектив развития (проектируемые источники) и т.д.

Общий принцип установления ПДС - величина ПДС должна гарантировать достижение установленных норм качества воды (санитарных и рыбохозяйственных) при наихудших условиях для разбавления в водном объекте.

В случае, если значение ПДС по объективным причинам не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливаются временно согласованные сборы вредных веществ (ВСС) и вводится поэтапное снижение показателей сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДС.

Расчеты по распределению необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в водоем, производят по следующим параметрам:

содержание взвешенных веществ;

содержание вредных веществ;

потребление сточными водами растворенного кислорода;

биохимическая потребность в кислороде (БПК);

реакция воды (pH) и др. (см. Табл.2).

Таблица 2. Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых целей

Показатели	I категория	II категория
	хозяйственно-питьевое	культурно-бытовое
Взвешенные вещества Плавающие примеси Запахи и привкусы Окраска Температура рН Минерализация воды Растворенный кислород БПКполн Возбудители заболеваний Ядовитые вещества	По сравнению с природными условиями содержание взвешенных веществ не должно увеличиться при сбросе сточных вод больше, чем на 0,25 мг/л 0,75 мг/л Для водоемов и водотоков, содержащих в межень более 30 мг/л природных взвешенных веществ, допускается увеличение до 5 %. Взвеси со скоростью выпадения более 0,4 мм/с для водотоков и более 0,2 мм/c для водохранилищ к спуску запрещаются. На поверхности воды не должно быть пленок нефтепродуктов и скоплений других примесей Интенсивность более 2 баллов не допускается. Вода не должна сообщать посторонних запахов и привкусов мясу рыб Не должна обнаруживаться в столбике воды 20 см 10 см Летняя температура в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 30С по сравнению со среднемесячной температурой воды в самый жаркий месяц за последние 10 лет. Не должен выходить за пределы 6,5-8,5 Не должна превышать по сухому остатку, 1000 мг/л, в том хлоридов. Нормируется по приведенному выше показателю числе привкусы. 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л Не менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня При 20 0С не должно превышать: 3 мг/л и 6 мг/л Не допускаются Не должны содержаться в концентрациях, оказывающих прямо или косвенно вредное влияние на здоровье людей

Нормативы качества водных объектов, предназначенных для рыбохозяйственного использования устанавливаются применительно к двум категориям: водные объекты предназначены для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих особой чувствительностью к кислороду - I категория; водные объекты предназначены для других рыбохозяйственных целей - II категoрия.

При оценке содержания вредных веществ учитывается наличие веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности (ЛПВ). В случае присутствия в воде веществ с одинаковым ЛПВ, допустимая концентрация определяется из условия, что сумма относительных концентраций не должна превышать единицу:

(1)

где C_1,,…,C_n - концентрации ингредиентов, относящихся к одному ЛПВ; ПДК ₁ ПДК_n - предельно допустимые концентрации этих веществ.

2. 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.

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)

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;

- коэффициент, учитывающий гидравлические факторы в реке.

Коэффициент определяется по формуле:

(2.4)

- 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:

= L_ф/L_пр, (2.5)

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

D - коэффициент турбулентной диффузии.

Коэффициент D определяется по формуле:

D = V_cpH_cp/200, (2.6)

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

H_{cp -} средняя глубина реки, м.

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

= 100(C - m)/C, (2.7)

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

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.

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 (БПК ₅), за 20 суток (БПК ₂₀), 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 участке v_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 , %, 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.

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 = Q(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:

= 100(L^ф_cm - L_cm)/L_cm,(2.13)

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

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.

3. 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.

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	1	2	3	4	5	6	7
b	мг/л	3,3	9,7	19,2	197	298	40	30
p	мг/л	0,75	0,75	0,25	0,75	0,75	0,25	0,25
Q	м 3/с	2	8	15	10	25	30	20
q	м 3/с	0,1	0,2	0,5	0,4	0,3	2,0	1,0
L	м	100	200	200	300	300	400	300
Lф	м	500	500	600	600	700	700	500
Lnp	м	400	350	450	500	550	500	380
		1	1,5	1	1,5	1	1,5	1
Vcp	м/с	0,2	0,3	0,2	0,4	0,5	0,3	0,5
Hcp	м	3	6	4	5	4,5	3,5	5,5
C	мг/л	500	28000	950	470	170	600	25000
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
Сфст	мг/л	1	2	3	4	1	0,03	0,04
Qp	мг/л	7	7	8	7	6	7	7
Lp	мг/л	3,0	2,9	2,7	2,1	3,0	2,7	2,8
Lфст	мг/л	4,0	4,2	3,5	3,8	4,6	4,4	3,7

Размещено на Allbest.ru

...