Динамика изменения загрязненности поверхностного стока

Загрязненность дождевого стока складывается из двух составляющих: основной загрязненности, определяемой смыванием накопленных на поверхности загрязнений, и фоновой, возникающей из-за эрозии (размыва) самих поверхностей.

В течение периода t, предшествующего выпадению осадка, происходит накопление загрязнений на поверхности водосбора. Для каждой конкретной территории можно выявить предельную загрязненность. Количество загрязнений М_t (кг), накопленных за время t на единице площади (га), можно оценить по формуле

М_t = М_max (1 - ), (65)

где М_max - максимально возможное количество накапливаемых загрязнений, кг; k₃ - коэффициент, характеризующий динамику накопления загрязнений, 1/сут.

Значения М_max и коэффициента k₃для определения загрязненности дождевого стока по взвешенным веществам можно принимать в следующих размерах:

- для районов современной застройки с высокой степенью благоустройства и малой транспортной нагрузкой М_max = 10 ¸ 20 кг/га; k₃ = 0,4 ¸ 0,5;

- для административно-торговых центров с высокой транспортной нагрузкой М_max = 100 ¸ 140 кг/га; k₃ = 0,3 ¸ 0,4;

- для промышленных районов и зон, прилегающих к крупным магистралям М_max = 200 ¸ 250 кг/га; k₃ = 0,2 ¸ 0,3.

Количество смываемых загрязнений М_смзависит от времени выпадения t и средней интенсивности m_gдождя и может определяться по формуле

М_см = М(1 - ), (66)

где k_с - константа смыва загрязнений, зависящая от характеристики бассейна водосбора, равная 0,003 ¸ 0,008; М – начальная масса загрязнений.

Меньшие значения k_с будут соответствовать менее загрязненным территориям и равнинному рельефу.

Концентрация взвешенных веществ в дождевом стоке у дождеприемников, г/м³, составит

К_в.в. = 1000 М_см S / V_Д, (67)

где V_Д - объем дождевого стока с площади S за время выпадения осадков t; V_Д определяется по величине слоя осадков или интегрированием гидрографа стока.

Дополнительная фоновая загрязненность стока, вызванная размыванием грунтовых поверхностей, во многом определяется состоянием дорожных покрытий и бордюров, их высотным расположением, уклоном поверхности, а также зависит от интенсивности дождевых осадков. Для условий Санкт-Петербурга ее значения изменялись в пределах от 20 до 2000 мг/л и более.

Концентрация загрязнений в талом стоке меньше изменяется во времени, чем в дождевых водах, и ее можно с некоторым приближением принимать постоянной в течение периода снеготаяния.

Предельно-допустимый сброс.Количество сточных вод, выпускаемых в водные объекты, определяется при помощи предельно допустимого сброса (ПДС). Под ПДС понимается 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 устанавливается с учетом ПДК_м.р. веществ в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды. При сбросе нескольких веществ с одинаковыми лимитирующими показателями вредности ПДС устанавливается так, чтобы с учетом примесей, поступивших в водоем или водотока от вышерасположенных выпусков, качество воды водного объекта не достигло границы экологического сдвига ( £ 1 - аддитивное действие экотоксикантов). Для каждого конкретного случая при установлении лимита отведения сточных вод в водный объект и для прогнозирования степени загрязнения водного объема ниже по течению, чем проектируемый расчетный выпуск, расчет ПДС производится на основе уравнения баланса, учитывающего фоновую концентрацию, гидрологические, гидравлические и гидродинамические особенности водного объекта.

Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предприятий, учреждений и организаций, имеющих или проектирующих самостоятельные выпуски сточных вод в водные объекты, в целях соблюдения ПДК_м.р. в конконтрольных створах водопользования.

Расчет ПДС производится по наибольшим среднечасовым расходам сточных вод m_ст(м³/ч) фактического периода их спуска. Концентрация загрязнений С_cт выражается в мг/л (г/м³), а ПДС - в г/ч.

С учетом требований к составу и свойствам воды водных объектов для всех категорий водопользования ПДС определяется по формуле

ПДС = m_стС_cт. (68)

Обязательно к выполнению требование сброса массы вещества, соответствующей ПДС с расходом сточной воды m_ст, принятой для расчета по формуле (68). Уменьшение расхода m_ст при сохранении ПДС будет приводить к концентрации вещества в сточной воде, превышающей С_cт, что недопустимо. Концентрация С_cтпри сбросе сточных вод в черте города (населенного пункта) принимается по величине не более ПДК_м.р. в местах водопользования. В других случаях рассчитывается по специальной методике. Степень очистки сточных вод по рассматриваемомупоказателю загрязнения определяется как

N_оч = ×100, (69)

где С_cт - концентрация загрязняющего вещества до очистки, то есть в свежей сточной воде.

Если С_cт < С , то очистка сточных вод не требуется.

Разница между концентрациями С - ПДК определяется влиянием процессов разбавления и самоочищения.

Контроль качества воды.Под качеством воды следует понимать совокупность ее свойств, обусловленных концентрацией содержащихся в воде примесей.

Показатели качества воды.Различают физические, химические, биологические и бактериологические показатели качества.

Оценка качества воды начинается с характеристики физических показателей. Они характеризуются как общесанитарные и могут быть следующими.

Взвешенные вещества,содержащиеся в природных и сточных водах, могут быть минерального и органического происхождения. Показатель характеризует наличие в воде суспензированных частиц песка, глины, ила, планктона и др. Содержание взвешенных веществ обычно определяют путем фильтрования проб воды определенного объема через бумажный фильтр, высушивания осадка до постоянного веса и взвешивания. По приращению веса фильтра определяют содержание взвешенных веществ в пробе, а затем пересчитывают результаты на 1 л.

Содержание взвешенных веществ может быть определено по разнице плотного (полученного при упаривании нефильтрованной воды) и сухого (путем упаривания отфильтрованной воды) осадков.

Грубодиспергированные частицы (более 100 нм) обусловливают мутность воды. В практике водоочистки используют визуальный и фотоэлектроколориметрический методы. Визуальный основан на сравнении мутности исследуемой воды со стандартными образцами. Более точные результаты получают при использовании фотоэлектроколориметра. Воды, содержащие незначительное количество взвешенных веществ, прозрачны. Качество таких вод характеризуется величиной обратной мутности, - прозрачностью.Прозрачность воды выражается высотой столба воды, через который просматривается шрифт, нанесенный черной краской на фарфоровую пластинку.

Гуминовые и фульвокислоты и их растворимые соли могут окрашивать воду. Интенсивность окраски вод определяется цветностью.Цветность воды выражается в градусах платино-кобальтовой или бихромат-кобальтовой шкалы. Сопоставление цветности вод исследуемой воды и стандартных растворов производится либо визуально, либо при использовании фотоэлектроколориметров.

Запах и вкус водыобусловлены растворенными солями, газами, органическими соединениями, образующимися в процессе жизнедеятельности водных организмов. В соответствии с происхождением запахов, их делят на естественные и искусственные.

Естественные запахи: болотный, гнилостный, древесный, землистый, рыбный возникают в результате жизнедеятельности организмов или при разложении органических веществ. Искусственные запахи: фенольный, хлорфенольный и др. появляются при загрязнении водного объекта промышленными сточными водами.

Определение запаха и вкуса производят органолептически. Для воды различают горький, сладкий, кислый или соленый вкус. Все остальные вкусовые ощущения определяются как привкусы.

Количественно запах и вкус оцениваются по пятибалльной шкале: 0 – никакого, 1 - очень слабый, 2 - слабый. 3 –заметный, 4 - отчетливый. 5 - очень отчетливый.

Химические показатели качества воды отождествляются с ее химическим составом. Сюда относятся: рН, жесткость, щелочность, окисляемость, общее солесодержание, ионный состав, растворенный кислород, сероводород, свободная углекислота и др. Химические показатели качества определяются аналитическими методами.

Общее солесодержание или минерализация воды часто определяется по величине сухого остатка, образующегося после выпаривания и высушивания до постоянной массы профильтрованной пробы воды. Прокаливанием высушенных осадков при 600 °С определяют показатель содержания растворенных минеральных солей.По разнице сухого и прокаленного осадка приближенно может быть оценено содержание органических веществ.

Органические примеси сточных вод вследствие их многообразия, сложности и трудности анализа, непосредственно не определяются. Для характеристики количества органических примесей используют косвенные показатели: окисляемость и биохимическое потребление кислорода.

Окисляемость воды - это количество кислорода, необходимое для окисления примесей в данном объеме, мг О₂/л. В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бихроматную окисляемость.Для оценки содержания органических веществ в сточной воде, особенно если она представляет собой смесь бытовых и производственных вод, определяют химическое потребление кислорода (ХПК).

Степень загрязнения воды органическими соединениями выражается количеством кислорода, необходимым для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях, и носит название биохимической потребности в кислороде (БПК).

Предельно-допустимые величины по этим интегральным показателям следующие.

Водородный показатель водыявляется характеристикой щелочности или кислотности, количественно она определяется концентрацией ионов водорода. рН природных вод обычно 6,5 ¸ 8,5. рН промышленных сточных вод изменяется в широких пределах в зависимости от происхождения.

Распространенным показателем в анализе воды является определение щелочности. В зависимости от характера ионов, ее образующих, различают гидратную щелочь (ОН^-), бикарбонатную (СО ) и силикатную (HSiO ).

Ионы Са²⁺ и Mg²⁺, в частности, характеризуют общую жесткость воды.

В ряде случаев для практического использования вод необходимо иметь данные о содержании в них катионов жесткости, ионов Fe и Mn, H₂SiO₃, растворенного кислорода и углекислого газа. Еще более разнообразны элементы и соединения, поступающие со сточными водами. Содержание многих из них в воде жестко лимитируется, а методы определения изложены в специальных руководствах.

Биологические показатели качества воды, главным образом, относятся к природным водам. Основные из них гидробионты и гидрофлора. Гидробионты подразделяются на обитателей поверхностной пленки, толщи воды и дна водоема. Гидрофлора водных объектов определяется макро- и микрофитами. К первым относится высшая водная растительность, ко вторым - водоросли. При отмирании и разложении макрофитов вода обогащается органическими веществами, ухудшаются ее органолептические свойства. Микрофиты не только поглощают углекислоту, но и продуцируют кислород.

Бактериологические показатели характеризуют безвредность воды относительно присутствия болезнетворных микроорганизмов. Важнейший бактериологический показатель - коли-индекс, который определяется содержанием бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды. Наименьший объем воды (мл), приходящийся на 1 кишечную палочку, называют коли-титром.

Понятие об анализе качества воды.Пригодность подземного или поверхностного источника снабжения для нужд водопользования, эффективность работа, очистных сооружений, возможность спуска сточных вод в водные объектыили закачки их в подземные горизонты определяются на основании санитарно-химического, гидробиологического и микробиологического анализов.

Полный санитарно-химический анализ воды включает несколько десятков определений: температур, запах, цветность, мутность, содержание взвешенных частиц и их зольности; общая карбонатная и некарбонатная жесткость, щелочность; содержание сульфатов, хлоридов, нитритов, нитратов, аммиака; ионов Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, F; плотность осадка, концентрация углекислоты свободной и связанной; растворенного кислорода, сероводорода, окисляемость, БПК₅, рН, коли-индекса, коли-титра и т. д. Кроме того, в соответствии с местными гидрологическими и санитарными условиями должен проводится анализ воды на содержание тяжелых металлов, пестицидов и других токсичных соединений. Поэтому название «полный анализ» условно, поскольку набор даже из нескольких десятков параметров не дает исчерпывающей информации о многочисленных компонентах воды. Необходимость и частота определений того или иного показателя зависят от цели, с которой выполняют анализ. Так, например, полный анализ вод поверхностных источников выполняется не реже трех раз в каждый сезон года, а на действующих очистных станциях – 1 раз в декаду на каждой стадии очистки.

Повседневный контроль качества воды обеспечивается значительно меньшим числом определений. Характер и число показателей, по которым осуществляется сокращенный анализ, могут значительно изменяться от вида водоисточника, методов обработки и подготовки воды, требований, предъявляемых к воде потребителем. Микробиологический и гидробиологический анализы позволяют дать более полную оценку качества воды в водоеме.

Микробиологический анализ включает определение бактериологических показателей: числа сапрофитных бактерий и бактерий группы кишечной палочки и анализ микрофлоры по физиологическим группам.

Гидробиологический анализ дает возможность подсчитать число клеток фито- и зоопланктона в единице объема воды, определить видовой состав планктона.

Требования к качеству воды

Хозяйственно-питьевая вода.Качество воды, подаваемой на хозяйственно-питьевые нужды, должно соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

Требования к химическому составу воды приведены в таблице 27.

Таблица 27

Требования химического состава воды хозяйственно-питьевого назначения

Экотоксикант	Норматив, не более, мг/л	Экотоксикант	Норматив, не более, мг/л
Алюминий остаточный Al3+ Бериллий Ве Молибден Мо Мышьяк As Нитраты NO Полиакриламид остаточный	0,5   0,002 0,25 0,05 45,0 2,1	Свинец Рb2+ Фтор F- для климатических районов: I, II III IV	0,03   1,5 1,2 0,7

Показатели химического состава, влияющие на ее органолептические свойства не должны превышать нормативов, представленных в таблице 28.

Таблица 28

Показатели химического состава воды, влияющие на ее органолептические свойства

Показатель	Нор- матив, не более	Показатель	Нор- матив, не более
Водородный показатель (рН) Железо (Fe), мг/л Жесткость общая, ммоль-экв/л Марганец (Мn), мг/л Медь (Сu), мг/л	6,0 … 9,0 0,3 7,0 0,1 1,0	Полифосфаты остаточные, мг/л Сульфаты (SO ), мг/л Сухой остаток, мг/л Хлориды (Сl-), мг/л Цинк (Zn), мг/л	3,5 500,0 1000,0 350,0 5,0

Органолептические свойства должны удовлетворять следующим требованиям: запах, вкус и привкус при 20° С и при нагревании до 60° С - не более 2 баллов, цветность - не более 20°, мутность по стандартной шкале - не более 1,5 мг/л Микробиологические показатели качества питьевой воды должны быть следующими: число микроорганизмов в 1 мг воды - не более 100, число кишечных палочек в 1 л воды - не более 3.

В качестве примера рассмотрим результаты обследования питьевой воды, полученные в Моршанском районе Тамбовской области. Водопотребление населения г. Моршанска и Mopшанского района ориентировано на подземные водоисточники с забором воды из артезианских скважин. Обследована питьевая вода 17 сел и деревень (2003 г). Анализы выполнялись центром государственного эпидемиологического контроля (ЦГСЭН). Из полученных данных следует, что:

- в селах Пеньки, Алгасово, Ново-Томниково, Островка, Хлыстово, Ивенье, Быковка. Мало-Моршевка, Носины, в колхозе «Заря», в сельскохозяйственно-производственых кооперативах «Волковский» и «Рыслинский», опытно-показательном хозяйстве «Ракшинское», в товариществах с ограниченной ответстве «Крюковский» и «Базевский» содержание в воде железапревышает допустимые показатели;

- превышено ПДК по общей жесткостив воде артезианских скважин в опытно-показательном хозяйстве «Ракшинское», товариществах с ограниченной ответственностью «Крюковский» и «Базевский», в сельскохозяйственных производственных кооперативах «Рыслинский» и «Волковский», в колхозе «Заря» и селах Пеньки, Ивенье, Мало-Моршевка.

- вода не соответствует ГОСТ по содержанию аммиакав селах Носины,Ново-Томниково;

- по цветности- в акционерном обществе «Вановское», сельско-хозяйственных производственных кооперативах «Рыслинский» и «Волковский», в опытно-показательном хозяйстве «Ракшинское» и в селах Носины, Ново-Томниково, Быковка, Островка, Хлыстово;

- по сухому остатку - в сельскохозяйственном производственном кооперативе «Волковский», в селах Носины, Ново-Томниково;

- по содержанию хлоридов - в селах Носины, Ново-Томниково;

- по щелочности - в селе Давыдово.

В качестве не самого худшего примера приведем данные по составу питьевой воды одного из кооперативов (таблица 29).

Таблица 29

Характеристика питьевой воды кооператива «Волковский» Моршанского района Тамбовской области

Показатель	ПДК, мг/л	Колонка водозаборная
рН ХПК, мг О2/л   N в виде, мг/л Общая жесткость, ммоль-экв/л Cl-, мг/ SO , мг/л Fe2+, мг/л	6,5-8,5 15,0   2,0 3,3 45,0 7,0   0,3	7,6 3,4   с* с с 12,9   0,39	8,0 2,9   с 0,07 с 13,0   0,35	8,0 1,8   с с с 12,6   0,28	8,0 3,3   с с с 12,9   0,25	8,0 1,3   с с с 14,0   0,12

*следы

Техническая вода.Количество воды, подаваемой на производственные нужды, должно соответствовать технологическим требованиям с учетом его влияния на выпускаемую продукцию и обеспечения надлежащих санитарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала.

Основные требования к охлаждающей воде:достаточно низкая температура, малая карбонатная жесткость, предельно малые концентрации ионов железа и сероводорода. Ограничения, связанные с устранимой жесткостью, вызваны возможным переходом гидрокарбонатов кальция и магния при нагревании в карбонаты, отлагающиеся на стенках теплообменной аппаратуры.

Минерализация, сероводород усиливают коррозию в воде и вызывают образование обрастаний на внутренних поверхностях труб. Так, концентрация соединений железа в охлаждающей воде не должны превышать 0,1 мг/л, а сероводорода - 0,5 мг/л. Карбонатная жесткость допускается до
2,8 ммоль-экв/л.

Обычно качество воды, используемой для охлаждения, при котором в холодильных аппаратах не происходит зарастания живого сечения и не возникает коррозии, должно определяться для конкретных условий специальным расчетом с учетом всех вьше названных факторов.

Более строгие требования предъявляются к воде, идущей для питания паровых котлов.Природная вода для этой цели непригодна и поэтому ее обязательно подвергают специальной обработке. Основные требования: предельно малые значения общей жесткости,растворенного кислорода, минимальная минерализация, отсутствие взвешенных веществ и соединений кремния. Ориентировочные требования к качеству воды составляют для котлов высокого давления: жесткость - до 0,010 ммоль-экв/л; концентрации кремниевой кислоты - до 0,03 мг/л; железа - 0,1 мг/л; растворенного 0,03 мг/л. содержание масел - 0,5 мг/л и т д. Все эти показатели зависят от вида топлива, давления, конструкции котлов и др.

Строгие требования предъявляются к воде в некоторых отраслях химической и радиоэлектронной промышленности, когда вода входит в контакт непосредственно с продуктом, на качество которого могут вредно влиять даже небольшие содержания примесей. Особые требования к ней в атомной промышленности.

Вода, используемая для приготовления бетона и цементного раствора, должна иметь сухой остаток до 5000 мг/л, рН ³ 4. Содержание сульфатов во избежание сульфатной коррозии бетона не должно превышать 2700 мг/л.

Вода водных объектов.Контроль за водными объектами проводится согласно положению о защите и сохранению морской среды в экономической зоне, положениям об охране подземных вод, правилам охраны от загрязнений прибрежных вод морей, санитарным правилам и нормам охраны поверхностных вод от загрязнения прибрежных вод морей, санитарным правилам и нормам поверхностных вод от загрязнения (СНиП 4630-88) и правилам охраны поверхностных вод (1991 г). В 1995 году принят «Водный кодекс Российской Федерации» (Постановление Правительства Российской Федерации № 1403 от 23 ноября 1996 г. «О ведении государственного водного кадастра Российской Федерации»).

Необходимо учитывать требования государственных стандартов.

ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества.

ГОСТ 19179-73. Гидрология суши. Термины и определения.

ГОСТ 24849-81. Вода питьевая. Полевые методы санитарон-микробиологического анализа.

ГОСТ 17.3.01-76. Охрана природы. Гидросфера. Правила охраны водных объектов при лесоповале.

ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения.

ГОСТ 17.1.1.02-77. Охрана природы. Гидросфера. Классификация водопользований.

ГОСТ Р 51309-99. Вода питьевая. Определение содержания элементов методами атомной спектрометрии.

ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Использование и охрана вод. Основные термины и определения.

ГОСТ 17.1.1.03-86. Охрана природы. Классификация водопользований.

ГОСТ 18963-73. Вода питьевая. Методы санитарон-бактериологического анализа.

ГОСТ 18164-72. Вода питьевая. Метод определения содержания сухого остатка.

ГОСТ Р 51593-2000. Вода питьевая. Отбор проб.

ГОСТ 17 1.1.04-80. Охрана природы. Гидросфера. Классификация подземных вод по целям водопользования.

ГОСТ 17 1.4.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к методам определения нефтепродуктов в природных сточных водах.

ГОСТ 17 1.5 02-80. Охрана природы. Гидросфера. Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов.

ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб данных отложений водных объектов для анализа их загрязнений.

ГОСТ 4151-72. Вода питьевая. Методы определения общей жесткости.

ГОСТ 17 1.3.04-82. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных и подземных вод от загрязнения пестицидами.

ГОСТ 17.1 3 05-82. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных и от загрязнений нефтью нефтепродуктами.

ГОСТ 17.1.3.06-82. Охрана сфера Общие требования к охране подземных вод.

ГОСТ 3351-74. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности.

ГОСТ Р 51392-99. Вода питьевая. Определение содержания летучих галогенорганических соединений газожидкостной хроматографией.

ГОСТ 18301-72. Вода питьевая. Методы определения содержания остаточного озона.

ГОСТ 17 13.10-83. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных и подземных вод от загрязнений нефтью и нефтепродуктами при транспортировании по трубопроводам.

ГОСТ 17.1.3.11-84. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования охраны поверхностных и подземных вод от загрязнений минеральными удобрениями.

ГОСТ 18826-73. Вода питьевая. Методы определения содержания нитратов.

ГОСТ Р 51209-98. Вода питьевая. Метод определения содержания хлорорганических пестицидов газожидкостной хроматографией.

ГОСТ 18309-72. Вода питьевая. Метод определения содержания полифосфатов.

ГОСТ 19355-85. Вода питьевая. Методы определения полиакриламида.

ГОСТ 18190-72. Вода питьевая. Методы определения содержания остаточного активного хлора.

ГОСТ 17.1.1.03-86. Охрана природы. Гидросфера. Классификация водопользования. Введен 01.07.86.

ГОСТ 17.1.3.12-86. Охрана природы. Гидросфера. Общие правила охраны водот загрязнений при бурении и добыче нефти и газа на суше.

ГОСТ 17.1.3.13-86. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: