Расчет кратности разбавления сточных вод при сбросе в водоток (отдельный выпуск)

Кратность начального разбавления (n_н) учитывается при выпуске сточных вод в водотоки в следующих случаях:

· для напорных выпусков в водоток;

· при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска больше 2 м/c.

При меньших скоростях n_н не учитывается.

Одним из методов определения кратности основного разбавления является метод Фролова - Родзиллера. Он применяется, когда соблюдается соотношение:

где Q - среднегодовой минимальный расход воды в реке, м³/с.

При невыполнении этого условия, а также, когда коэффициент извилистости =0,001 ¸ 1,5, применяется метод ТПИ [2].

По методу Фролова – Родзиллера кратность основного разбавления (n₀) вычисляется по формуле

(4.14)

где - коэффициент смешения:

 

, (4.15)

 

; (4.16)

 

L - расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до рассматриваемого контрольного створа, м;

a - коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения, который определяется по уравнению

 

, (4.17)

 

здесь x - коэффициент, зависящий от расположения выпуска сточных вод в водоток (при выпуске у берега он равен 1, а в стрежне реки -1,5);

j - коэффициент извилистости, равный отношению расстояний между местом сброса сточных вод и местом водопользования по фарватеру и по прямой;

E - коэффициент турбулентной диффузии, который для равнинных рек определяется по формуле

 

, (4.18)

где - средняя глубина потока, м;

- средняя скорость течения реки, м/с.

Общая кратность разбавления: n = n₀.

РАСЧЕТ ПЛАТЕЖЕЙ ЗА СБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ

ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ

Плата за сброс загрязняющего вещества в водные объекты в пределах допустимых нормативов (П_пдс, руб.) рассчитывается по уравнению

 

Ппдс_i = ПДС_i·N_i · Кэ · Кин, (4.19)

 

где ПДС_i - предельно-допустимый сброс загрязняющего вещества, т/год;

N_i - базовый норматив платы за сброс 1 тонны загрязняющего вещества, руб (см. приложение 4.1).

Кэ - коэффициент экологической ситуации (для водных объектов Тюменской области Кэ=1,05);

К_ин - коэффициент инфляции (на 1.01.2000 Кин = 80).

Плата за сброс загрязняющего вещества в пределах установленных лимитов (П_всс, руб.) рассчитывается по формуле

 

Пвсс_i = ВСС_i·Nj·Кэ·Кин, (4.20)

 

где ВСС_i - временно-согласованный сброс, т/год;

Nj - базовый норматив платы за сброс 1 тонны загрязняющего вещества, в пределах установленных лимитов (ВСС), руб (см. приложение 4.1):

 

Nj =5 Ni.

Плата за аварийный или сверхлимитный сброс загрязняющего вещества (П_ас, руб.) определяется:

 

Пас_i = АС_i·Ni·25·Кэ·Кин, (4.21)

 

здесь АС_i – аварийный сброс загрязняющего вещества в водный объект, т/год.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задание 1.

Рассчитать предельно-допустимый сброс хозяйственно - бытовых сточных вод с фактическим расходом q = 1,16 м³/час в мелководное озеро через единичный выпуск при условии, что:

· утвержденный расход сточных вод 1,16 м³/час;

· скорость ветра 3,3 м/с;

· средняя глубина вблизи выпуска Н_СР= 0,5 м.

Расстояние от места выпуска до контрольного створа L = 100 м.

Показатели качества сточных вод и воды в водоеме приведены в табл.4.2. Результаты расчетов занести в табл. 4.3 и 4.4.

Таблица 4.2

Характеристика сточных вод и воды водоема

№	Показатель	Концентрация, мг/л	ЛПВ
п/п	качества воды	в сточных водах	в водоеме
		Сст	Сф	Спдк
	Взвешенные вещества	6,5		683,75	общесан.
	Сухой остаток		406,5		общесан.
	БПК		86,4	6,0	общесан.
	Азот аммония	2,8	13,05	2,0	токсикол.
	Азот нитритов		0,02	2,0	токсикол.
	Нефтепродукты	0,25	0,24	0,1	токсикол.
	Азот нитратов	0,11	4,08	9,1	сан. токс.
	Хлориды				сан. токс.
	СПАВ	0,15	0,11	0,5	сан. токс.

 

Таблица 4.3

Результаты расчетов ПДС

№	Показатель качества воды	Концентрация, мг/л	Сброс, г/час
		фактичес-кая (ССТ)	предельно-допустимая в стоках (СПДС)	Фактичес-кий (Фст)	Предельно – допустимый (ПДС)

 

Таблица 4.4

Плата за сбросы загрязняющих веществ

№	Загрязняющее вещество	Плата, руб
		За ПДС	За лимитный сброс (ВСС)

Сделать выводы.

Задание 2.

Рассчитать предельно – допустимый сброс в реку минерализованных сточных вод с расходом q = 9,6 м³/час. Река рыбохозяйственного значения 1 категории. Утвержденный расход сточных вод 9,6 м³/час.

 

Гидрологическая характеристика реки:

1)минимальный среднемесячный расход воды 95% обеспеченности Q= 0,9 м³/сек;

2)скорость течения реки V_СР = 0,18 м/сек;

3)коэффициент берегового выпуска x = 1;

4)средняя глубина потока Н_СР = 1,7 м;

5)коэффициент извилистости j = 1,56.

Таблица 4.5

 

Характеристика воды водотока и сточных вод

 

№	Наименование	Концентрация в-ва в воде, мг/л	ЛПВ
п/п	вещества	СФ	СПДК	ССТ
1.	Взвешенные в-ва	28,63	30,81		общесан.
2.	Сухой остаток				общесан.
3.	Азот аммония	1,04	0,5	16,2	токсикол.
4.	Бор	отс.	0,5	5,7	токсикол.
5.	Железо	1,58	0,1	2,9	токсикол.
6.	Натрий-ион	25,4			сан.-токс.
7.	Кальций-ион	50,9			сан.-токс.
8.	Магний-ион				сан.-токс.

 

Результаты вычислений занести в таблице 4.6 и 4.7.

 

Таблица 4.6

Результаты расчетов ПДС

 

№ п/п	Показатель качества воды	Концентрация, мг/л	Сброс, г/час
		Фактиче-ская (ССТ)	Предельно-допустимая в стоках (СПДС)	Фактичес-кий (Фст)	Предельно – допустимый (ПДС)

 

Таблица 4.7

Плата за сбросы загрязняющих веществ

 

 

№ п/п	Загрязняющее вещество	Плата, руб
		За ПДС	За лимитный сброс (ВСС)

 

После проведения расчетов сделать выводы.

 

Пример расчета

Задание:

Рассчитать предельно – допустимый сброс в реку хозяйственно – бытовых сточных вод и плату за сбросы. Фактический расход сточных вод 10,12м³/час. Утвержденный расход сточных вод 10,12 м³/час, выпуск береговой, безнапорный. Скорость истечения стоков меньше 2 м/с.

Гидрологические характеристики реки:

1. Среднегодовой минимальный расход воды в реке Q = 0,95 м³/с.

2. Средняя скорость течения = 0,3 м/с.

3. Средняя глубина потока Н_ср = 1,6 м.

4. Коэффициент извилистости 1,6.

 

Таблица 4.8

Характеристика речных и сточных вод

№	Показатель	Концентрация, мг/л	ЛПВ
п/п	качества воды	в сточных водах	в реке
		Сст	Сф	Спдк
	Железо	1,96	1,58	0,1	токсик.
	Азот аммония	1,4	0,64	0,5	токсик.
	Фториды	1,7	отс	0,05	токсик.

 

Рассчитаем общую кратность разбавления сточных вод в реке. Выпуск сточных вод безнапорный, поэтому кратность начального разбавления (n_н) не учитывается и требуется рассчитать только кратность основного разбавления (n_o). Для этого применим метод Фролова – Родзиллера (уравнения 4.14 - 4.18). Коэффициент турбулентной диффузии будет равен:

.

Для расчета коэффициента, учитывающего гидравлические условия смешения возьмем:

коэффициент =1, т.к. выпуск береговой,

тогда, .

Принимая, что для реки рыбохозяйственного значения расстояние от места сброса до контрольного створа L=500 м, подсчитаем:

,

тогда величина коэффициента смешения

Кратность основного разбавления, а следовательно и общая кратность разбавления при сбросе сточных вод в реку будет равна:

.

Теперь необходимо проверить соответствие качества воды в контрольном створе предельно – допустимой концентрации вредных веществ в реке (ПДК берутся для реки рыбохозяйственного значения первой категории).

Концентрация веществ в контрольном створе рассчитываются по уравнению (4.3):

Для железа: С_кст1=1,581 мг/л.

Для азота аммония: С_кст2 = 0,642 мг/л.

Для фторидов: С_кст3 = 0,005 мг/л.

Проверим условие аддитивности для всех веществ, т.к. река рыбохозяйственного назначения (уравнение 4.1).

17,2 > 1

Результаты расчетов показали, что сточные воды нельзя сбрасывать без дополнительной очистки, особое внимание следует уделить превышению азота аммония и железа.

Далее рассчитывается предельно – допустимая концентрация стоков С_ПДС для каждого вещества (уравнение 4.4).

В нашем случае:

Для железа: С_ПДС1 = С_Ф = 1,58 мг/л, т.к С_ф > С_ПДК, и С_к.ст > С_ПДК.

Для фторидов: С_ПДС3 = 340 (0,05 – 0,1+0) = 17 мг/л., но С_ст < С_ПДС, поэтому для расчета ПДС принимаем С_ПДС = С_ст = 1,7 мг/л.

Далее определяются фактический и предельно – допустимый сбросы по уравнениям (4.2 и 4.5).

1. Для железа:

ФСТ₁ = q × С_ст = 10,12 × 1,96 = 19,8 г/час;

ПСТ₁ = q × С_ПДС = 10,12 × 1,58 = 16 г/час;

ВСС₁ = 19,8 – 16 = 3,8 г/час.

2. Для азота аммония:

ФСТ₂ = 10,12 × 1,4 = 14,17 г/час;

ПДС₂ = 10,12 × 0,5 = 5,06 г/час;

ВСС₂ = 14,17 – 5,06 = 9,09 г/час.

3. Для фторидов:

ФСТ₃ = 10,12 × 1,7 = 17,2 г/час;

ПДС₃ = 10,12 × 1,7 = 17,2 г/час.

Результаты вычислений сведем в табл. 4.9

 

Таблица 4.9

Результаты расчетов ПДС

№	Показатель качества воды	Концентрация, мг/л	Сброс, г/час
		ССТ	СПДС	ПДС	Фст
1.	Железо общее	1,96	1,58		19,8
2.	Азот аммония	1,4	0,5	5,06	14,15
3.	Фторид	1,7	1,7	17,2	17,2

Плата за сбросы

Рассчитаем по формулам 4.19, 4.20.

Для железа:

П_ПДС1 = 0,140 × 22,18 × 1,05 × 80 = 261,14 руб.

П_ВСС1 = 0,033 × 110,89 × 1,05 × 80 = 310,05 руб.

 

Для азота аммония:

П_ПДС2 = 0,044 × 5,55 × 1,05 × 80 = 20,66 руб.

П_ВСС2 = 0,080 × 27,73 × 1,05 × 80 = 185,48 руб.

 

 

Для фторида:

П_ПДС3 = 0,151 × 2,96 × 1,05 × 80 = 37,46 руб.

П_ПДС = 261,14 + 20,66 + 37,46 = 319,26 руб.

П_ВСС = 310,05 + 185,48 = 495,53 руб.

Результаты вычислений приведены в табл. 4.10.

Таблица 4.10

Плата за загрязнение природных вод

№	Показатель	Сбросы, т/год	Плата за сбросы, руб.
	качества воды	Фст	ПДС	ВСС	В пределах допустимых нормативов, за ПДС	В пределах установленных лимитов, за ВСС
1.	Железо общее	0,173	0,140	0,033	261,14	310,05
2.	Азот аммония	0,124	0,044	0,080	20,66	185,48
3.	Фторидов	0,151	0,151	-	37,46	-

 

Вывод: Необходимо определить сроки достижения нормативов ПДС и методы очистки сточных вод от железа и азота аммония.

 

Приложение 4.1

Базовые нормативы платы за сброс загрязняющих веществ в

поверхностные и подземные воды

№№ п/п	Наименование загрязняющих вредных	Норматив платы за 1 т загрязняющих вредных веществ (руб)
	веществ	В пределах допустимых нормативов сбросов (Ni)	В пределах установленных лимитов (ВСС) (Nj)
1.	Азот аммонийный	5,55	27,73
2.	Азот нитратный	0,25	1,23
3.	Азот нитритный	110.88	554,38
4.	Акрил сульфаты (СПАВ)	4,44	22,18
5.	Бор	0,22	1,1
6.	Взвешенные вещества	2,95	14,75
7.	Железо общее	22,18	110,89
8.	Калий (К+)	0,05	0,23
9.	Кальций (Са+2)	0,01	0,05
10.	Магний (Мg+2)	0,06	0,28
11.	Натрий (Nа+)	0,02	0,1
12.	Нефть и нефтепродукты	44,35	221,75
13.	Сульфат-анион	0,002	0,01
14.	Хлорид (Cl-)	0,008	0,04
15.	Сухой остаток	0,002	0,01
16.	БПК полн.	0,73	3,65
17.	Фториды	2,96	14,78

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. По каким критериям устанавливается ПДК для водных объектов?

2. Что такое ЛПВ?

3. Какие показатели качества воды относятся к физическим?

4. Какие существуют химические показатели качества воды?

5. Какие показатели относятся к биологическим?

6. Какие показатели являются бактериологическими?

7. Как делятся водные объекты по использованию?

8. Что понимается под ПДС?

9. Как рассчитывается ПДС?

10. От чего зависит кратность разбавления стоков в водных объектах?

11. Что такое ВСС?

12. Как рассчитываются платы за сбросы в водные объекты?

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. ГОСТ 17.1.1.01-77 Использование и охрана вод. Основные термины и определения. - М.: Издательство стандартов, 1997.

2. Методика расчета ПДС веществ в водные объекты со сточными водами. Харьков, ВНИИВО: 1990. - 63 с.

3. Правила охраны поверхностных вод от загрязнений. - М.: Госкомприрода СССР, 1990.

4. Методические указания по разработке нормативов предельно-допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные объекты. - М.: 1999 г.

5. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» от 19.12.91.

6. Водный кодекс РФ. 1995.

7. Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов с дополнениями Госкомприроды от 05.12.97 № 1688.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5