Расчёт характеристик сбросов сточных вод предприятий в водоёмы

Задача № 1

Цель работы: рассчитать характеристики сточных вод, а именно кратность разбавления, концентрацию в месте водозабора, предельную концентрацию в стоке, предельно допустимый сток. Построить график зависимости концентрации вредного компонента от расстояния до места водозабора.

Таблица 1. Входные параметры

Алгоритм решения:

Для того, чтобы решить задачу, сначала нужно вычислить коэффициент турбулентной диффузии:

(1)

Здесь V – скорость течения реки, м/с; H – средняя глубина, м; g – ускорение свободного падения, м/с²; m – коэффициент Буссинского, равный 24; c – коэффициент Шези, выбираемый по таблицам.

В данной задаче предполагается, что исследуемые реки являются равнинными, потому справедливо приближение:

(2)

Далее необходимо рассчитать коэффициент, учитывающий гидрологические факторы смешивания, по формуле:

(3)

Здесь e - коэффициент, зависящий от места выпуска стока в реку: при выпуске у берега e=1, при выпуске в стержень реки (место наибольших скоростей) e=1,5; L_ф/L_пр - коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния по фарватеру полной длины русла от выпуска сточных вод до места ближайшего водозабора к расстоянию между этими двумя пунктами по прямой; D – коэффициент турбулентной диффузии.

Используя формулы (2) и (3), получаем:

(4)

Условия спуска сточных вод в водоём принято оценивать с учётом их влияния у ближайшего пункта водопользования, где следует определять кратность разбавления. Расчёт ведётся по формуле:

(5)

Где L – расстояние до места водозабора; - коэффициент, учитывающий гидрологические факторы смешивания.

Подставляя формулу (4) в формулу (5), получаем:

(6)

Далее рассчитаем степень полноты разбавления сточных вод в водоёме:

(7)

Подставляя формулу (6) в формулу (7), получаем:

(8)

Итак, многие факторы, такие как состояния реки, берегов и сточных вод влияют на быстроту перемещения водных масс и определяют расстояние от места выпуска сточных вод до пункта полного смешивания. Выпуск в водоёмы сточных вод должен, как правило, осуществляться таким образом, чтобы была обеспечена возможность смешивания сточных вод с водой водоёма в месте их спуска.

Также приходится считаться с тем фактом, что на некотором расстоянии ниже спуска сточных вод смешивание будет неполным. Поэтому реальную кратность разбавления в общем случае следует определять по формуле:

(9)

Подставим формулу (8) в формулу (9):

(10)

Далее необходимо определить, какое количество загрязняющих веществ может быть сброшено предприятием, чтобы не превышать нормативы. Расчёты проводятся только для консервативных веществ по санитарно-токсикологическому показателю ведности. Расчёт ведётся по формуле:

(11)

Подставив формулу (10) в (11), получим:

(12)

Где С_{ст.пред.} – максимальная концентрация, которая может быть допущена в сточных водах, или тот уровень очистки сточных вод, при котором после их смешивания с водой в водоёме у расчётного пункта водопользования степень загрязнения не превышает ПДК; ПДК – предельно допустимая концентрация.

Следующим шагом будет расчёт предельно допустимого стока(ПДС) по формуле:

(13)

Используя формулы (12) и (13), получаем формулу (14):

Следующим шагом будет определение реальной концентрации вредного компонента в водоёме в месте ближайшего водозабора. Эта величина не должна превышать ПДК. Сама реальной концентрация находится по формуле:

(15)

Подставим формулу (10) в формулу (15):

(16)

Далее необходимо построить график функции распределения концентрации вредного компонента в зависимости от расстояния до места сброса сточных вод по руслу реки с шагом LS. Функция будет такова:

(17)

Подставляем в функцию формулу (16) и получаем:

(18)

Решение задачи

Используя конечные формулы (8)-(11) и беря данные из таблицы исходных данных, получаем таблицу искомых значений.

Таблица 2. Исходные данные Таблица 3. Искомые значения

Таблица 4. Конечные значения концентрации фенола

Таблица 5. Конечные значения концентрация различных веществ

Выводы:

Полученные результаты показывают, что при расстоянии до места водозабора L = 200м кратность разбавления составляет 2.0067, а концентрация фенола в воде составит C_В = 9.95 мг/л, что в десятки раз превосходит ПДК = 0.35 мг/л. Следует снизить концентрацию вредного вещества, например, лучше очищая сточные воды или уменьшая их расход.

Чтобы концентрация фенола в месте водозабора была в пределах ПДК, его концентрация в сточных водах не должна превышать C_{ст.пред.} = 0.9821 мг/л. Предельно допустимый сток ПДС = 1,1785 мг/с.

По результатам рассчитанных данных был построен график распределения концентрации фенола в зависимости от расстояния между точкой выброса сточных вод и местом водозабора. По графику видно, что на расстоянии свыше 200 км концентрация фенола практически не меняется – это связано с тем, что на таких больших расстояниях фенол максимально растворился и уже не может раствориться ещё больше. Самый лучший результат при аппроксимации показывает многочлен 6‑й степени.

Также анализ полученных данных показал, что концентрация фенола в водоёме никогда не достигнет ПДК, поскольку концентрация вредного вещества в сточных водах слишком велика, а расход воды в реке слишком мал по сравнению с расходом сточных вод. Также это связано с тем, что фенол плохо растворим и легче воды.

Построенный график растворимости различных вредных веществ показывает, что наиболее растворимыми являются соли ртути, а наименее растворим керосин. Вероятно, это связано с плотностью веществ (у керосина она 800 кг/м³, у ртути 13 500 кг/м³), а также от констант растворимости (для солей ртути она порядка 10^-15, для керосина порядка 10^-20).

Для решения задачи и построения графиков были использованы следующие программы: Microsoft Word, Microsoft Excel, MathCAD.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Источники загрязнения воды:

a) Промышленность – целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, чёрная металлургия и др.

b) Сельское хозяйство – орошение полей, сточные воды насыщены солями и остатками хим. веществ, органическими остатками ферм.

c) Бытовые отходы – почти вся использованная в населённых пунктах вода поступает в канализацию.

2. Опасность неочищенных сточных вод:

a) Сточные воды могут быть заражены патогенами и паразитами, что приводит к заражению людей и/или животных;

b) В сточных водах могут содержаться химические вещества, плохо влияющие на живые организмы, что наносит вред биосфере;

c) В сточных водах снижено содержание растворённого в воде кислорода, что уменьшает активность гнилостных бактерий и приводит к заболачиванию местности.

3. Условия спуска сточных вод промышленных предприятий в водоёмы:

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 и других целей.

4. Контроль за осадконакоплением и уровнем биогенов:

В процессе очистки сточных вод, на Московских станциях аэрации обрабатывается 9000 м3 в течении года осадков. Все осадки обеззараживаются. Из всего количества осадков около 3500 м3 идёт на иловые площадки. До настоящего времени основным способом обеззараживания осадка являлась естественная сушка на иловых площадках, где он подсушивался до влажности около 80%, при этом уменьшаясь в объёме в 7 раз.

5. Сбор и очистка сточных вод:

Санитарная канализационной системы объединяет все сточные трубы от расположенных в зданиях раковин, ванн ит.д., как ствол дерева объединяет все его ветви. Из основания этого «ствола» вытекает смесь всего, что попало в систему, - исходные стоки, или исходные сточные воды.

6. Загрязнение гидросферы ядохимикатами:

Установлено, что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод. Различают химические, биологические и физические загрязнители. Среди химических загрязнителей к наиболее распространенным относят нефть и нефтепродукты, пестициды, тяжелые металлы, диоксиды и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические радиоактивные вещества, тепло и др. Очень опасно загрязняют воду биологические загрязнители, например вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические радиоактивные вещества, тепло и др. Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединение ртути, свинца и др.) и нетоксичным.

Задача № 2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: