Расчет 3. Расчет загрязнения объекта гидросферы (проточного и не проточного)

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Качество воды - характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования.

Контроль качества воды - проверка соответствия показателей качества воды установленным нормам и требованиям.

Проверка качества воды всегда была и остается очень важным профилактическим мероприятием. Критерии безопасности воды для здоровья человека не всегда были такими, как сегодня, они менялись по мере изучения человеком различных химических, биологических и медицинских свойств воды.

Все показатели качества воды подразделяются на:

· физические (температура, плотность, мутность);

· органолептические (запах, цвет, привкус воды);

· бактериологические (микробное число — число содержащихся в 1 мл воды микроорганизмов (не более 100), коли-индекс (не более 3 бактерий группы Е в 1 л воды), коли-титр – обратный показатель коли-индекса, количество воды, в которой находится 1 Е.соli (более 300 мл));

· химические (содержание в воде различных химических соединений, макро- и микроэлементов, водородный показатель рН, общая минерализация или сухой остаток воды, жесткость).

Пригодная для употребления человеком вода должна быть без запаха и не иметь посторонних привкусов. Наличие посторонних запахов и/или привкусов свидетельствует о присутствии в воде разнообразных соединений (газов, минеральных солей, органических веществ, нефтепродуктов, микробов).

Присутствие у воды природного происхождения есть желтоватого, коричневого или желто-зеленого оттенка, объясняется главным образом наличием в воде гумусовых и дубильных веществ, органических соединений, соединений железа, «цветением» водоемов. Неестественные оттенки как правило свидетельствуют о загрязнении минеральными соединениями, солями.

Если вода мутная, это означает, что в воде присутствует много взвешенных (трудно осаждаемых) веществ.

К основным химическим показателям качества воды можно отнести:

· водородный показатель рН — показатель концентрации в воде ионов водорода. Величина этого показателя определяет фон водной среды: от кислого до щелочного. Нормальная величина рН для питьевой воды составляет 6-9;

· общая минерализация или сухой остаток – показатель концентрации анионов, катионов и растворенных в воде органических веществ. Вода с повышенной минерализацией негативно воздействует на работу желудка, нарушает водно-солевое равновесие, в результате чего нарушаются метаболические и биохимические процессы в организме. Нормой сухого остатка считается величина максимум 1000 мг/л;

· жесткость воды – показатель наличия в воде катионов кальция и магния. Ученые установили, что, употребляя длительное время жесткую воду, человек существенно увеличивает шансы на инфаркт миокарда. Максимально допустимой считается жесткость воды 7 ммоль/л.

· наличие в воде различных химических элементов.

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по:

· обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение;

· содержанию вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения;

· содержанию вредных химических веществ, поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека.

Нормативы качества и безопасности воды указаны в разделе III СанПиН 1.2.3685-21 [3].

К основными нормативным показателям качества воды при оценке химической загрязненности относят ПДК (предельно-допустимую концентрацию) и ОДУ (ориентировочный допустимый уровень). ПДК - максимальная концентрация вещества в воде, которая при поступлении в организм в течение всей жизни не должна оказывать прямого или опосредованного влияния на здоровье населения в настоящем и последующих поколениях, в том числе в отдаленные сроки жизни, а также не ухудшать гигиенические условия водопользования [1].

Ввод в эксплуатацию предприятий, цехов и технологий возможен только при наличии утвержденных в установленном порядке ПДК и методов определения содержания веществ в воде. При отсутствии установленных гигиенических нормативов водопользователь обеспечивает разработку ОДУ или ПДК, а также метода определения вещества и/или продуктов его трансформации с нижним пределом измерения <= 0,5 ПДК.

Разработка ПДК веществ проводится в подразделениях научных учреждений, высших учебных заведений, санитарно-эпидемиологических станций, получивших аккредитацию Департамента госсанэпиднадзора Минздрава России. Для веществ, по которым недостаточно данных для установления ПДК, применяют ОДУ.

Нормы качества воды зависят от вида водопользования (водопользование - юридически обусловленная деятельность граждан и юридических лиц, связанная с использованием водных объектов).

По виду водопользования водоемы подразделяются на следующие категории [1]:

1. Хозяйственно-питьевого назначения, использование воды в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности.

2. Коммунально-бытового назначения и использование водного объекта для купания, спорта, отдыха.

3. Рыбохозяйственного назначения.

Самые строгие нормативы установлены для вод рыбохозяйственного назначения. К высшей категории относятся места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных пород рыб и других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого типа для искусственного разведения и выращивания рыб, водных животных и растений.

Каждая категория водоема и водостока имеет свой ПДК загрязняющих веществ.

Соблюдение санитарных правил [2]обязательно при размещении, проектировании, вводе в эксплуатацию и эксплуатации хозяйственных или других объектов и проведении любых работ, способных оказать влияние на качество воды водных объектов.

Все вредные вещества по характеру своего воздействия подразделены органами здравоохранения на три группы, а органами рыбоохраны на пять групп. Каждая группа объединяет вещества одинакового признака действия. Вещество относят к тому признаку, в котором его действие проявляется в минимальной концентрации, хотя это не означает, что данное вещество не проявляет другого вредного действия. В силу этого, такой признак вещества получил название лимитирующего признака вредности (далее, ЛПВ).

Согласно ГОСТ 17.1.1.01-77, ЛПВ – это признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде.

Вещества одного ЛПВ проявляют аддитивное действие.

Это означает, например, что содержание двух веществ одного ЛПВ (содержание каждого в пределах ПДК) будет таким же, как если бы какое-нибудь из них, присутствуя в воде в единственном числе, содержалось в двух ПДК (т.е. в двух дозах вредного вещества).

Ниже приведены основные группы ЛПВ для веществ водных объектов разных типов водопользования.

Основными ЛПВ являются: 

· органолептический - способность вещества к образованию пленок и пены на поверхности водоема; изменение цвета воды, появление посторонних привкусов и запахов.

· общесанитарный - влияние веществ на общий санитарный режим водоема, выражаемый в изменении таких интегральных показателей, как рН, БПК, содержание кислорода, нарушение самоочищения воды, эвтрофирование и т.д.; 

· санитарно-токсикологический - одновременное действие вещества на организмы и санитарные показатели водоема.

Вода является безвредной, если не превышается ПДК загрязняющих веществ. Если в воде присутствует несколько веществ одной группы ЛПВ, безвредной вода будет в том случае, когда сумма отношений обнаруженных концентраций каждого из них в воде к величине его ПДК не будет больше 1.

                                         (1)

где: С₁…С_n - концентрации n веществ, обнаруживаемые в воде водного объекта; ПДК₁… ПДК_n - ПДК тех же веществ.

При сбросе сточных вод в водные объекты, используемые для целей питьевого, хозяйственно-бытового водоснабжения, а также для рекреационных целей, гигиенические нормативы химических веществ и микроорганизмов должны соблюдаться в максимально загрязненной струе контрольного пункта (створа) на расстоянии (на водотоках - ниже по течению; на водоемах и морях - на акватории в радиусе) не далее 500 метров от места сброса сточных вод.

1. Расчет НДС для водотоков (рек) [3,4]

Величины НДС определяются для всех категорий водопользователей, как произведение максимального часового расхода сточных вод м³/ч) на допустимую концентрацию загрязняющего вещества   (г/м³). При расчете условий сброса сточных вод, сначала определяется значение  обеспечивающее нормативное качество воды в контрольных створах, а затем определяется НДС, согласно уравнению:

.                                                                  (2)

Следует иметь ввиду, что сброс массы вещества, соответствующей НДС, должен быть увязан с расходом сточной воды, так как, например, уменьшение расхода при сохранении величины НДС приводит к концентрации вещества в водном объекте, превышающей ПДК.

Если фоновая концентрация загрязняющего вещества в водном объекте превышает ПДК, то  согласовывается в каждом конкретном случае с инспекционными органами.

Основное расчетное уравнение для определения  без учета неконсервативности (способности изменяться в воде за счет химических и гидрологических процессов) вещества имеет вид:

,                                                   (3)

где  – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водостока (г/м³);

 – фоновая концентрация загрязняющего вещества, определяемая выше выпуска сточных вод;

– кратность общего разбавления сточных вод в водоеме, равная произведению кратности начального разбавления  на кратность основного разбавления , т.е.

.                                                                (4)

Кратность начального разбавления учитывается при выпуске сточных вод в водостоки в следующих случаях:

· для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соотношении скоростей и выпуска : ;

· при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска, больших 2 м/сек. При меньших скоростях расчет начального разбавления не производится.

Кратность основного разбавления  определяется по методу В.А. Фролова – И.Д. Родзиллера:

,                                                                      (7)

где Q – расчетный расход водостока, м³/сек; – коэффициент смешения, показывающий, какая часть речного расхода смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа:

,                                                            (8)

где  – расстояние от выпуска до расчетного створа по фарватеру (м);  – коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке:

,                                                                    (9)

где  – коэффициент извилистости (отношение расстояния до контрольного створа по фарватеру к расстоянию по прямой);  – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске у берега  =1, при выпуске в стержень реки  =1.5);  – коэффициент турбулентной диффузии, м²/сек.

Для летнего времени:

,                                                                   (10)

где – ускорение свободного падения 9,81 м/сек²;  – средняя скорость течения реки, м/сек; – средняя глубина реки, м; – коэффициент шероховатости ложа реки, определяемы по таблице М.Ф. Срибного (табл. 3);  – коэффициент Шези (м^1/2/c), определяемый по формуле Н.Н. Павловского (при м):

,                                                                      (11)

где R – гидравлический радиус потока, м ( );

                                    (12)

Для равнинных рек по М.В. Потапову коэффициент турбулентной диффузии  определяется по уравнению:

,                                                                (13)

Таблица 5.1

Коэффициенты шероховатости для открытых русел

Характеристика русла

Коэффициент шероховатости

Естественные русла, благоприятные условия (чистое, прямое, не засоренное, земляное со свободным течением)

0,025

Русла постоянных водотоков равнинного типа, преимущественно больших и средних рек в благоприятных условиях. Периодические водотоки при очень хорошем состоянии поверхности и формы ложа

0,03

33,4

Сравнительно чистые русла постоянных равнинных водостоков в обычных условиях, извилистые или с неправильностями рельефа дна (отмели, промоины, местами камни)

0,04

Русла больших и средних рек, значительно засоренные и извилистые

0,05

Сильно засоренные, галечно-валунные русла горного типа

0,067

Русла со слабым течением, валунные, горного типа с неправильной поверхностью водного зеркала

0,08

12,5

Русла горно-водопадного типа со значительной извилистостью

0,1

Русла болотного типа, во многих случаях со стоячей водой

0,133

7,5

Для зимнего времени (периода ледостава):

,                                                                 (14)

где  – приведенное значение гидравлического радиуса:

,                                                                 (15)

 – приведенное значение коэффициента шероховатости:

,                                                     (16)

где  – коэффициент шероховатости нижней поверхности льда по П.Н. Белоконю (табл. 2).

Таблица 5.2

Значения коэффициентов шероховатости льда

Периоды ледостава

Коэффициент шероховатости

Первые 10 дней ледостава (первая декада)

0.15 + 0.05

10 – 20-й дни после ледостава (последняя декада декабря – начало января)

0.1 + 0.04

20 – 60-й дни после ледостава (середина января – первая декада февраля)

0.05 + 0.015

60 – 80-й дни после ледостава (конец февраля – начало марта)

0.04 + 0.015

80 – 110-й дни после ледостава

0.025 + 0.01

 – приведенное значение коэффициента Шези:

,                                                                         (17)

.                                (18)

Рассмотренный метод может применяться при соблюдении следующего неравенства:

.                                             (19)

2. Расчет НДС для отдельных выпусков в водоемы (водохранилища и озера) [3,4]

Величины НДС для выпусков сточных вод в водохранилища и озера определяются по приведенным ниже расчетным уравнениям, аналогичным уравнениям раздела 1.

Основное расчетное уравнение для определения  без учета неконсервативности вещества имеет вид:

,                                                   (20)

где  – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водостока (г/м³);

 – фоновая концентрация загрязняющего вещества в воде водоема в месте выпуска сточных вод (г/м³):

При наличии в водоеме устойчивых ветровых течений для расчета общего разбавления может быть использован метод М.А. Руффеля. В расчетах по этому методу рассматриваются два случая:

· выпуск в мелководную часть или в верхнюю треть глубины водоема, где загрязненная струя распространяется вдоль берега под действием прямого поверхностного течения, имеющее одинаковое с ветром направление;

· выпуск в нижнюю треть глубины водоема (загрязненная струя распространяется к береговой полосе против выпуска под воздействием данного компенсационного течения, направленного обратно направлению ветра).

Этот метод имеет следующие ограничения: глубина зоны смешения не должна превышать 10 м; расстояние от выпуска до контрольного створа вдоль берега в первом случае не превышает 20 км; расстояние от выхода сточных вод до берега против выпуска во втором случае не превышает 0,5 км.

Кратность общего разбавления сточных вод в водоеме , определяется произведением кратности начального разбавления  на кратность основного разбавления , т.е.

.                                                                       (23)

Кратность начального разбавления вычисляется следующим образом:

- при выпуске в мелководье или в верхнюю треть глубины:

,                                                            (24)

где  - расход сточных вод выпуска, м³/с;  - скорость ветра над водой в месте выпуска сточных вод, м/с; - средняя глубина водоема вблизи выпуска сточных вод, м.

 определяется по средней глубине водоема следующим образом:

= = (3÷4) м, если измерения проводились на участке протяженностью 100 м;

= = (5÷6) м, если измерения проводились на участке протяженностью 150 м;

= = (7÷8) м, если измерения проводились на участке протяженностью 200 м;

= = (9÷10) м, если измерения проводились на участке протяженностью 250 м;

- при выпуске в нижнюю треть глубины:

.                                                                (25)

Кратность основного разбавления вычисляется следующим образом:

- при выпуске в мелководье или в верхнюю треть глубины:

,                                                (26)

где  - расстояние от места выпуска до контрольного створа, м;

;                                                                  (27)

- при выпуске в нижнюю треть глубины:

,                                     (28)

.                                                                 (29)

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности