Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами - Экология - Скачать бесплатно
Введение
Рост промышленного и городского водопотребления, сопровождаемый
сбросом в реки большого количества сточных вод, приводит к тому, что вода
превращается в ценное дефицитное сырьё.
Очистка рек, озёр и водохранилищ осложняется тем, что в сточных водах
увеличивается количество трудно биохимически окисляемых и вредных веществ,
таких как синтетические моющие средства и другие продукты органического
синтеза. Проблема очистки сточных вод ряда отраслей промышленности до
концентраций специфических загрязнений, безвредных для водоёмов, ещё не
решена. Поэтому эффективная очистка промышленных и городских сточных вод
для сохранения чистоты источников водоснабжения является одной из
первоочередных водохозяйственных проблем.
Действующие Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными
водами регламентируют качество воды водоёмов в расчётных пунктах
водопользования, а не состав сточных вод. Охрана водоёмов от загрязнения не
связана со всей их протяженностью, а только с определёнными пунктами, на
подходе к которым вода должна отвечать нормативным показателям качества.
Условия спуска сточных вод в водоёмы определяют с учётом возможного их
разбавления водой водоёма на пути от места выпуска до ближайшего расчётного
створа водопользования, что, однако не является необходимым и достаточным
условием экологической безопасности поверхностных водных объектов, т.к. на
данный момент подавляющее большинство из них уже исчерпали свои
биологические резервы, необходимые для своего самоочищения.
Глава 1
Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами.
1.1. Условия сброса сточных вод в водоёмы.
Очищенные на станциях аэрации сточные воды из-за неполноты очистки
требуют разбавления чистой водой, причём кратность разбавления определяется
в основном остаточным содержанием веществ, не полностью разрушенных в
процессе очистки. По мере роста водопотребления положение с разбавлением
очищенных сточных вод будет очень напряжённым. В городах и районах с
дефицитными водными источниками придётся применять более совершенные методы
очистки сточных вод, или подавать воду для разбавления из другой речной
системы.
В таких условиях большое значение приобретает внедрение на
предприятиях оборотного водоснабжения, повторное использование очищенных
сточных вод и рационализация технологии производства в направлении снижения
водопотребления, количества и концентрации сточных вод.
Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами
установлены нормы качества воды по основным санитарным показателям для
водоёмов двух видов водопользования:
к первому виду относятся участки водоёмов, используемые в качестве
источников централизованного или нецентрализованного питьевого
водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой
промышленности;
ко второму виду относятся участки водоёмов, используемые для спорта,
купания и отдыха населения, а также водоёмы в черте населённых пунктов.
Ближайшие к месту выпуска сточных вод пункты водопользования на
водоёмах первого и второго вида устанавливаются органами Государственного
надзора с учётом перспектив использования водоёма. Состав и свойства воды
должны соответствовать нормативам воды в створе, расположенном на проточных
водоёмах в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования, а на
непроточных водоёмах – озёрах и водохранилищах – в 1 км в обе стороны от
пункта водопользования.
При спуске сточных вод в черте города (или любого населённого пункта)
первым пунктом водопользования является этот город или населённый пункт. В
этих случаях требования к составу и свойствам воды водоёма нужно относить и
к сточным водам, так как нельзя рассчитывать практически на разбавление и
самоочищение.
К основным нормативам качества воды относятся следующие:
. Взвешенные вещества.
Содержание взвешенных веществ в воде после спуска сточных вод не
должно увеличиваться больше, чем на 0,25 мг/л для водоёма первого вида и на
0,75 мг/л для водоёма второго вида. Для водоёмов, содержащих в межень более
30 мг/л природных минеральных взвесей, допускается увеличение концентрации
взвешенных веществ в воде до 5%.
. Плавающие примеси.
На поверхности водоема не должно быть плавающих плёнок, пятен
минеральных масел и скопления других примесей.
. Запахи и привкусы.
Вода не должна приобретать запахов и привкусов интенсивностью более 2
баллов, обнаруживаемых в водоёмах первого вида непосредственно или при
хлорировании и в водоёмах второго вида непосредственно
. Окраска.
Окраска не должна обнаруживаться в столбике воды высотой 20 и 10 см
для водоёмов первого и второго видов.
. Температура.
Летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна
повышаться более чем на 3оС.
. Активная реакция.
(рН) воды водоёма после смешения со сточными водами не должна
выходить за пределы 6,5-8,5.
. Минеральный состав.
Для водоёмов первого вида не должен превышать по плотному остатку 1000
мг/л, в том числе хлоридов – 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л; для водоёмов
второго вида минеральный состав нормируется по показателю «Привкусы».
. Растворённый кислород.
В воде водоёма после смещения со сточными водами количество
растворённого кислорода не должно быть менее 4 мг/л в любой период года в
пробе, взятой до 12 часов дня.
. Биохимическая потребность в кислороде.
Полная потребность воды в кислороде при 20оС не должна превышать
3 и 6 мг/л для водоёмов первого и второго видов.
Возбудители заболеваний не должны содержаться в воде. Методы
предварительной очистки и обеззараживания сточных вод согласовываются в
каждом отдельном случае с органами Государственного санитарного надзора.
. Ядовитые примеси.
Не должны находиться в концентрациях, которые могут оказать прямое или
косвенное вредное действие на здоровье людей.
Нормативные качества воды для водоёмов рыбохозяйственного значения
устанавливают применительно к двум видам их использования:
. Водоёмы, используемые для воспроизводства и сохранения ценных
сортов рыбы;
. Водоёмы, используемые для всех других рыбохозяйственных целей.
Вид водоёма определяется органами Рыбоохраны с учётом перспективного
развития рыбного хозяйства. Нормативы состава и свойства воды в зависимости
от местных условий могут относиться или к району выпуска сточных вод при
осуществлении их быстрого смещения с водой водоёма, или к районам ниже
спуска сточных вод с учётом возможной степени их смещения и разбавления в
водоёме от места выпуска до ближайшей границы рыбохозяйственного участка
водоёма. На участках массового нереста и нагула рыб спуск сточных вод не
разрешается.
При выпуске сточных вод в рыбохозяйственные водоёмы к составу и свойствам
воды предъявляются более высокие требования по сравнению с изложенными
выше.
Растворённый кислород. В зимний период количество растворенного
кислорода не должно быть ниже 6 и 4 мг/л для водоемов соответственно
первого и второго видов; в летний период во всех водоёмах – не ниже 6 мг/л
в пробе, взятой до 12 часов дня.
Биохимическая потребность в кислороде. Величина БПК5 при 20оС не
должна превышать 2 мг/л в водоёмах обоих видов. Если содержание кислорода в
зимний период ниже на 40% нормального насыщения, то допускается сброс
только тех сточных вод, которые не изменяют БПК воды водоёма.
Если в зимний период содержание растворённого кислорода в воде водоёма
первого вида снижается до 6 мг/л, а в водоёме второго вида – до 4 мг/л, то
можно допустить сброс в них только тех сточных вод, которые не изменяют БПК
воды.
Ядовитые вещества. Не должны содержаться в концентрациях, прямо или
косвенно влияющих на рыб и организмы, служащие кормом для рыб.
Величина предельно допустимых концентраций каждого вещества,
входящего в комплекс с одинаково лимитирующими показателями
вредности, должна быть уменьшена во столько раз, сколько вредных веществ
предполагается спустить в водоём.
Выполнение требований Правил охраны водоёмов возможно только в том
случае, если со сточными водами поступает строго определённое количество
загрязнений, соответствующее самоочищающей способности водоёма.
Необходимое уменьшение в сточных водах загрязнений для приведения их
количества в соответствие с требованиями к составу и свойствам воды в
расчётном пункте водопользования можно производить любым проверенным на
практике методом очистки и обезвреживания сточных вод.
Улучшение качества воды и восстановление ее чистоты происходит под
влиянием разбавления (перемешивания загрязнённой струи со всей массой воды)
и минерализации органических веществ с отмиранием внесённых в реку чуждых
ей бактерий – собственно самоочищения.
Учёт процессов естественного самоочищения водоёмов от поступивших в
них загрязнений возможен, если этот процесс ярко выражен и закономерности
его развития во времени достаточно изучены.
Для производственных сточных вод, содержащих разнообразные
специфические загрязнения, зачастую с неустановленным режимом распада,
основным способом очистки остаётся разбавление, протекающее наиболее быстро
и полно в проточных водоёмах. Превращение рек в каскады водохранилищ с
изменённым гидрологическим режимом делает необходимым применение более
эффективных способов очистки сточных вод для уменьшения количества
загрязнений, вносимых в водоёмы.
1.2. Смещение сточных вод с водой водоёмов.
Разбавление сточных вод, внесённых в проточный водоём, происходит по
мере их перемещения вниз по течению и смешения с возрастающим потоком.
Концентрация загрязнений при этом снижается обратно пропорционально
кратности разбавления, величина которой в общем виде определена формулой:
[pic]
Где q – расход сточных вод в м2/с;
Q – расход воды в реке в створе выпуска сточных вод при 95%-ной
обеспеченности в м2/сек
Концентрация загрязнений по поперечному сечению загрязнённой зоны
потока неодинакова. В ней имеется струя с максимальной концентрацией
загрязнения Смакс и струя с минимальной концентрацией Смин. На некотором
расстоянии (L) от места выпуска воды смешиваются с общим расходом реки
(Qcм=QL). Неодинаковая концентрация загрязнений выше створа полного
смещения обусловлена тем, что отдельные струи смешиваются с неодинаковым
количеством чистой воды. Поэтому расчёты проводятся для наиболее
неблагоприятного случая, т.е. на минимальную часть расхода реки Qсм,
которая обуславливает разбавление сточных вод в максимально загрязнённой
части потока. Эту часть расхода реки, которая характеризуется коэффициентом
смещения a , определяют по формуле:
[pic],
где L – расстояние от места выпуска сточных вод до расчётного створа
по фарватеру реки в м.
Коэффициент [pic], учитывающий гидравлические факторы смещения,
определяют по формуле:
[pic],
где [pic]- коэффициент извилистости русла реки (отношение длины
между двумя пунктами по фарватеру к длине по прямой);
[pic]-коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод;
принимается для берегового выпуска равным 1, а для выпуска в
фарватер – 1,5;
Е - коэффициент турбулентной диффузии.
Для равнинных рек определяется по формуле:
[pic],
где [pic]- средняя скорость течения реки в м/сек;
Нср - средняя глубина реки в м.
С учётом коэффициента смещения кратность разбавления n в расчётных
створах теперь необходимо определять по формуле:
[pic].
Разбавление сточных вод в водохранилищах и озёрах обусловлено
перемещением водных масс в основном под действием ветровых течений. При
установившемся движении в результате длительного действия ветра одного
направления создаётся своеобразное распределение течений. В поверхностном
слое, составляющем около 0,4 общей глубины водохранилища Н, течение имеет
одинаковое направление с ветром и скорость, изменяющуюся от [pic] на
поверхности до нуля на глубине 0,4 Н. Ниже размещается слой
компенсационного течения противоположного направления.
Так как верхние слои воды по мере продвижения встречаются с новыми
слоями, движущимися в обратном направлении, при расчётах нужно учитывать и
последующие движения потока. Полное разбавление сточных вод является
результатом совместного влияния начального разбавления, происходящего в
пункте выпуска сточных вод, и основного, продолжающегося по мере
продвижения сточных вод от места выпуска.
1.3. Требования, предъявляемые к степени очистки сточных вод.
Необходимую степень очистки сточных вод перед выпуском в водоём
определяют применительно к приведённым выше показателям вредности. Чтобы
правильно определить необходимую степень очистки сточных вод, нужно иметь
исчерпывающие данные о количестве сточных вод и их составе, а также
материалы обследований водоема, характеризующие его существующие и
перспективные гидрологические и санитарные условия.
Необходимая степень очистки сточных вод выражается уравнением:
Сстq+CpaQ[pic](aQ+q)Cпр.д ,
Где Сстq – концентрация загрязнений в сточных водах, с которой
они могут быть спущены в водоём, в г/м3;
Ср – концентрация загрязнений в водоёме выше места выпуска сточных
вод в г/м3;
Q – расход воды в водоёме в м3/сек;
Q – количество сточных вод в м3/сек;
а – коэффициент смешения;
Спр.д – предельно допустимая концентрация загрязнений в расчётном
створе в г/м3.
После соответствующих преобразований уравнения получаем:
Сст[pic] .
Величины Ср, - а и Q определяют на основании изысканий или по данным
органов гидрометеорологической службы. Створы ближайших пунктов
водопользования устанавливаются органами Государственного надзора с учётом
данных о перспективах использования водоёма.
Кроме определения величины Сст , при проектировании следует определять
концентрацию загрязнений в максимально загрязнённой струе выше расчётного
створа и сопоставлять её с требованиями, предъявляемыми к качеству воды
водопользователями, расположенными на этом участке реки. Если концентрация
загрязнений выше приемлемой для водопользователей величину Сст нужно
соответственно уменьшить.
При спуске в водоёмы сточных вод, содержащих несколько вредных
веществ, учитывают комплексное действие этих веществ .в одних случаях
токсическое действие одного вредного вещества ослабляется присутствием
другого вредного или безвредного вещества. В других случаях оно резко
усиливается, а при наличии вредных веществ, имеющих такой же лимитирующий
показатель вредности, - суммируется. Суммарное действие токсичных
соединений является наиболее частным случаем, поэтому при сбросе в водоём
сточных вод, содержащих несколько вредных веществ с одинаковыми
показателями вредности, предельно допустимую концентрацию каждого из них
нужно уменьшить пропорционально числу таких веществ.
Часто производственные сточные воды содержат вредные вещества,
относящиеся по действию к различным группам вредности.
В этих случаях их предельно допустимую концентрацию определяют по
каждой группе в отдельности.
Данные группы – группы лимитирующего показателя вредности (ЛПВ)
распределены на:
a) Группу санитарно – токсикологического ЛПВ, куда входят хлориды,
сульфаты и нитраты, для которых должно выполнятся условие
[pic]
b) Группу рыбохозяйственного ЛПВ, в которой одно загрязняющее
вещество – нефтепродукты (НП), для которых должно выполнятся
условие
[pic]
c) Группу общесанитарного ЛПВ, в которой содержится также
ингредиент – БПКполн , для которого должно выполнятся условие
[pic]
d) Группу токсикологического ЛПВ, в которой два вещества –
аммонийный ион (NH4+) и нитраты (NO2-) для которых должно
выполнятся условие
[pic]
e) Группу органолептического ЛПВ, в которой два ингредиента –
железо (Ж) и синтетические поверхностно активные вещества
(СПАВ), для которых должно выполнятся условие
[pic]
f) Группу, куда входят взвешенные вещества.
Согласно «Правилам охраны поверхностных вод», содержание взвешенных
веществ в створе смешения не должно увеличиваться более чем на 0,75 мг/л по
сравнению с фоном реки – Ср.
Под предельно допустимым сбросом (ПДС) загрязняющих веществ в
природный объект, понимается масса вещества в сточных водах, максимально
допустимая к отведению в единицу времени с целью обеспечения норм качества
воды контрольном пункте. ПДС устанавливается с учётом предельно допустимых
концентраций Спр.доп. если, что тоже самое, ПДК веществ в местах
водопользования и ассимилирующей способности водного объекта.
ПДС определяется для всех категорий водопользователей как произведение
расхода сточных вод «q» (м3/час) на концентрацию вещества Спр.доп. (мг/л) в
сточных водах по формуле:
ПДС(г/час)=qст.воды(м3/час).Спр.доп.(мг/л).
Размерностью количественного значения ПДС является (г/час).
Глава 2
Особенности установок и сооружений для очистки сточных вод в малых
населённых пунктах.
2.1. Общие принципы очистки сточных вод от малых населённых пунктов.
Принятая в России унифицированная шкала производительностей очистных
станций на местные (0,5-12 м3/сут), малые (25-1400 м3/сут), поселковые (14-
10 м3/сут), городские (17-18 тыс. м3/сут) и районные (100-280 тыс. м3/сут).
Группы зданий и малые населённые пункты с максимальным населением 3-5
тыс.чел. могут обеспечиваться местными и малыми (до 1400 м3/сут) очистными
станциями. Особенностью этих систем является то обстоятельство, что
водоотведение от небольших объектов характеризуется большой
неравномерностью во времени, как по части расходов, так и загрязнений. При
вводе в эксплуатацию новых объектов – источников сточных вод – происходит
резкое увеличение расхода сточных вод на очистных сооружениях через
короткие промежутки времени (1-2 года), кроме того, малые канализационные
системы эксплуатируются в основном малоквалифицированным персоналом.
Перечисленные особенности предопределяют выбор методов очистки и
технических решений установок в малой канализации: они должны быть
эффективными, простыми, надёжными в работе; должны иметь высокое качество
и одновременно низкую стоимость за счёт индустриальности строительства. В
местных и малых системах канализиции применяются механические и
биологические методы очистки, а в случае необходимости и доочистка сточных
вод. При этом схема очистной станции обычно бывает упрощённой. Предпочтение
следует отдать естественным методам очистки. Осадок от очистки сточных вод
сбраживается (стабилизируется) и используется в сельском хозяйстве.
Очищенная вода перед спуском в водоём подвергается обеззараживанию.
2.2 Установки механической очистки. Решётки и песколовки.
На насосных станциях перед двухярустными отстойниками и аэрационными
установками устанавливаются решётки. В основном применяют стержневые
решетки с ручной очисткой при помощи грабель. Стержни изготовляются из
полосовой стали прямоугольного сечения 10Х10 мм и устанавливаются в канале
на расстоянии 16 мм друг от друга. Угол наклона плоскости решётки к
горизонту – 60о (рис. ?). На более крупных объектах (>45 тыс. чел)
применяются решётки с механизированной очисткой. При перекачивании сточных
вод на очистные сооружения решётка устанавливается в приёмном резервуаре
насосной станции.
Иногда здесь решетки выполняются в виде перфорированного
цилиндрического бака-корзины вместимостью 20-25 л.
На малых очистных сооружениях возможно применение решёток-дробилок
типа РД-100, устанавливаемых непосредственно на трубопроводе, с
максимальной производительностью 30 м3/ч и мощностью электродвигателя 0,27
кВт. Опыт эксплуатации решеток-дробилок показал, что они ненадёжны и
недолговечны в работе. Считается что задержанный на решетках мусор не
должен попадать на очистные сооружения, так как он практически не поддаётся
биологическому окислению и только перегружает сооружения.
При расходе сточных вод более 100 м3/сут перед двухярустными
отстойниками в основном применяются песколовки. Обычно строятся
горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды и ручным удалением
песка при численности жителей менее 5 тыс. (рис. ?). Песок, выпадающий в
объёме 0,02 л/сут (на 1 чел), удаляется для сушки на песковые площадки. На
малых сооружениях песколовки работают плохо, что вызвано большой
неравномерностью расхода сточных вод. Это, однако, трудно учесть при
проектировании. При раздельной системе канализации песка в бытовых сточных
водах практически нет, поэтому часто отказываются от их сооружения вообще.
Общая ширина решётки при известном числе прозоров между стержнями
определяется по формуле:
В=S(n-1)+в.n
Где S – толщина стержней; в – ширина прозоров между стержнями; n –
число прозоров.
Число прозоров между стержнями определяется по формуле:
[pic]
где q
|
