3.1 Расчёт степени разбавления сточных вод

Введение

Двадцатое столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более десяти миллионов человек. Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду приняло глобальный характер.

Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано, прежде всего, с широким внедрением ресурсосберегающих, малоотходных и безотходных технологических процессов, уменьшением загрязнения воздушной среды и водоемов.

Охрана окружающей среды представляет собой весьма многогранную проблему, решением которой занимаются, в частности, инженерно-технические работники практически всех специальностей, которые связаны с хозяйственной деятельностью в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, которые могут являться источником загрязнения в основном воздушной и водной среды.

В особую группу загрязнителей флоры и фауны можно выделить сточные воды. Обзору и изучению которых в Украине и посвящена эта работа.

Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.);изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д.

Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.

сточная вода загрязнение очистка

1. Классификация и состав сточных вод

Водоотводящие системы и сооружения - это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимый санитарно-гигиенические условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и удаления по трубопроводам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией. Объектами водоотведения являются здания различного назначения, а также вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки, промышленные предприятия, санитарно-курортные комплексы и т.п.

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц. В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории:

Бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий);

Производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых);

Атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей).

В практике используется также понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно.

Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии.

Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единицу объема мг/л или г/куб.м.

Состав сточных вод регулярно анализируется. Проводятся санитарно-химические анализы по определению: величины ХПК (общая концентрация органических веществ); БПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем); концентрация взвешенных веществ; активной реакции среды; интенсивности окраски; степени минерализации; концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др.

Наиболее сложны по составу сточные воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных вод влияет вид перерабатываемого сырья, технологический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др. Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов. Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых веществ.

Таким образом, степень загрязнения сточных вод отдельной области или региона Украины будет зависеть в большей степени от вида и уровня развития промышленности, в меньшей степени от процента городского населения и климатических условий анализируемого региона.

В данной работе выполняется импактный санитарно-гигиенический мониторинг:

· загрязнения сточных вод Харьковской, Донецкой, Луганской, Днепропетровской, Кировоградской, Полтавской, Ивано-Франковской, Львовской и Закарпатской областей Украины;

· сравнительный анализ загрязнения сточных вод Восточного, Центрального и Западного региона Украины.

2. Географические особенности и характеристика развития промышленности областей Украины

Каждая область нашего государства характеризуется различным уровнем развития промышленности и географическим положением. Например, восточные области Украины отличаются высоко развитой тяжёлой промышленностью и значительным уровнем урбанизации по сравнению с западными областями. Если сравнивать по климатическим признакам, то в таких областях Западной Украины как Ивано-Франковская, Львовская, Закарпатская, Черновицкая годовая норма осадков значительно больше, чем на востоке. Центральная Украина географически и в смысле развития промышленности занимает промежуточное значение. Здесь в средней степени развита тяжёлая и лёгкая промышленность. В таблице 1 приведены сведения о количестве предприятий и характерных показателях загрязнений в сточных водах по отраслям промышленности для соответствующей области (региона) Украины.

Таблица 1

Характерные показатели загрязнений в сточных водах по отраслям промышленности и регионам Украины.

3. Методика расчёта индекса загрязнения сточных вод

Метод анализа результатов наблюдений и оценка состояния экосистемы зависят от вида мониторинга. Обычно оценка осуществляется по совокупности показателей или по условным индексам, разработанным для атмосферы, гидросферы, литосферы. К сожаления, нет унифицированных критериев даже для одинаковых элементов природной среды.

В санитарно-гигиеническом мониторинге обычно используют: комплексные оценки санитарного состояния природных объектов по совокупности измеряемых показателей или индексы загрязнений.

Общий принцип расчёта индексов загрязнений следующий: вначале определяется степень отклонения концентрации каждого загрязняющего вещества от его ПДК, а затем полученные величины объединяются в суммарный показатель, который учитывает воздействие нескольких веществ.

В качестве примера возьмём метод расчёта, рекомендованный нормативным документом, который является неотъемлемой частью Правил охраны поверхностных вод (1991) - СанПиН 4630-88.

Вначале измеренные концентрации загрязняющих веществ группируют по лимитирующим показателям вредности (ЛПВ). Затем рассчитывают степень отклонения фактических концентраций веществ от их ПДК. Далее находят суммы показателей.

Как видно из анализа промышленного состояния регионов Украины и особенностей их географического расположения (таб.1.), в сточных водах содержится большое многообразие загрязняющих природные водоёмы веществ: взвешенные вещества, рН, вредные вещества. Необходимо отметить, что водосброс сточных вод Украины осуществляется в основном через канализационные сети в главные водные артерии соответствующего региона. Например, для Восточной Украины это река Северский Донец, для Центральной Украины - Днепр, для Западной - Южный Буг, Днестр и Припять. Кроме того, водосброс осуществляется и в закрытые водоёмы: водохранилища, озёра и др.

3.1 Расчёт степени разбавления сточных вод

При определении возможности спуска сточных вод в водоёмы, прежде всего, рассчитывают степень разбавления сточных вод. Разбавление сточных вод - это процесс снижения концентрации загрязняющих веществ в водотоках и водоёмах, протекающих вследствие перемешивания сточных вод с природными водами. Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется степенью разбавления, которая определяется по формуле:

,(1)

где Q - расход воды в водоёме, м³/с; q - расчётный расход сточных вод, м³/с; j - коэффициент смешения (j<1).

Расчёт воды является гидрометрической характеристикой. Он определяется опытным путём соответствующими гидрогеологическими организациями. Поскольку водоёмы имеют неодинаковый сток как по годам, так и в течении года, то для расчётов берут наихудшие условия, т.е. наименьший среднемесячный расход при 95%-ной обеспеченности. При 95%-ой обеспеченности годового стока маловодные годы на реке случаются один раз в 20 лет.

При проектировании среднемесячный расход реки и коэффициент смешения берутся из данных гидрометеорологической службы, а расход сточных вод определяется расчётным путём или по аналогии с действующим предприятием подобного профиля.

После определения степени разбавления сточных вод нужно рассмотреть вопрос возможного ухудшения качества воды или в другом водоёме в результате сброса туда сточных вод. Нормативные показатели качества воды зависят от наличия взвешенных веществ, плавающих примесей, привкуса, окраски, температуры, значения рН, мнерального состава, БПК, возбудителей, ядовитых вредных веществ. Для всех загрязняющих веществ разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК). Вредные и ядовитые вещества весьма разнообразны по своему составу, поэтому они нормируются по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ). Под лимитирующим показателем вредности понимается наиболее неблагоприятное воздействие каждого вещества. По лимитирующему показателю вредности все вещества в водоёмах питьевого и культурно-бытового водопользования разделены на три группы: с санитарно-токсикологическим ЛПВ (с.-т.), общесанитарного (ЛПВ) (общ.), органолептическим ЛПВ (орг.). В водоёмах рыбохозяственного водопользования выделяют ещё вещества, имеющие токсикологический ЛПВ.

3.2 Расчёт степени очистки сточных вод от взвешенных частиц

Необходимая степень очистки сточных вод по содержанию взвешенных веществ определяется по формуле:

,(2)

где - исходная концентрация взвешенных веществ в сточных водах до очистки, мг/л; - расчётная концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах перед сбросом в водоём, мг/л.

Расчётную концентрацию взвешенных веществ в очищенных сточных водах перед сбросом их в водоём определяют по формуле:

,(3)

где - концентрация взвешенных веществ в воде реки до сброса сточных вод, мг/л; n - степень в расчётном растворе; - допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водоёме после сброса сточных вод, мг/л; мг/л для водоёмов хозяйственно-питьевого водоснабжения и для водоснабжения пищевых предприятий, мг/л для рыбохозяйственных водоёмов и водоёмов культурно-бытового назначения. Для всех водоёмов Украины возьмём .

3.3. Расчёт степени очистки сточных вод по рН