Состав и свойства сточных вод

Лекция

Состав и свойства сточных вод

1. Формирование состава сточных вод

2. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод

3. Влияние сточных вод на водоем

4. Условия сброса сточных вод в городскую водоотводящую сеть

5. Условия сброса сточных вод в водоем

6. Определение необходимой степени очистки сточных вод

1. Формирование состава сточных вод

Рекомендуемые материалы

В понятие «сточные воды» входят различные по происхождению, составу и физическим свойствам воды, которые использовались человеком для бытовых и технологических нужд. При этом вода получила загрязне­ния, и ее физико-химические свойства изменились. Сточные воды разнооб­разны по составу и, следовательно, по свойствам.

По своей природе загрязнения сточных вод подразделяются на ор­ганические, минеральные, биологические. Органические загрязнения - это примеси растительного и животного происхождения. Минеральные загряз­нения - это кварцевый песок, глина, щелочи, минеральные кислоты и их соли, минеральные масла и т. д. Биологические и бактериальные загрязне­ния - это различные микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе болезнетворные - возбудители брюшного тифа, паратифа, дизентерии и др.

Все примеси сточных вод, независимо от их происхождения, раз­деляют на четыре группы в соответствии с размером частиц.

К первой группе примесей относят нерастворимые в воде грубо­дисперсные пpuмecи. Нерастворимыми могут быть примеси органической или неорганической природы. К этой группе относят микроорганизмы (простейшие, водоросли, грибы), бактерии и яйца гельминтов. Эти примеси образуют с водой неустойчивые системы. При определенных условиях они могут выпадать в осадок или всплывать на поверхность воды. Значительная часть загрязнений этой группы может быть выделена из воды в результате гравитационного осаждения.

Вторую группу примесей составляют вещества коллоидной степе­ни дисперсности с размером частиц менее 10^{-6 см. Гидрофильные и гидро­фобные коллоидные примеси этой группы образуют с водой системы с ocoбыми молекулярно-кинетическими свойствами. К этой группе относятся и высокомолекулярные соединения, так как их свойства сходны с коллоид­ными системами. В зависимости от физических условий, примеси этой группы способны изменять свое агрегатное состояние. Малый размер час­тиц их затрудняет осаждение под действием сил тяжести. При разрушении агрегативной устойчивости примеси выпадают в осадок.}

К третьей группе относят примеси с размером частиц менее 10^{-7 см.}

Они имеют молекулярную степень дисперсности. При их взаимодействии с водой образуются растворы. Для очистки сточных вод от примесей третьей группы применяют биологические и физико-химические методы.

Примеси четвертой группы имеют размер частиц менее 10^{-8 см, что соответствует ионной степени дисперсности. Это растворы кислот, солей и оснований. Некоторые из них, в частности, аммонийные соли и фосфаты частично удаляются из воды в процессе биологической очистки. Однако, технология очистки бытовых сточных вод (полная биологическая очистка) не позволяет изменить солесодержание воды. Для снижения концентрации солей используют следующие физико-химические методы очистки: ионный обмен, электродиализ и т. д.}

Различают три основные категории сточных вод в зависимости от их происхождения:

·хозяйственно-бытовые;

·производственные;

·атмосферные.

Хозяйственно-бытовые сточные воды поступают в водоотводящую сеть от жилых домов, бытовых помещений промышленных предприятий, комбинатов общественного питания и лечебных учреждений. В составе таких вод различают фекальные сточные воды и хозяйственные, загрязнен­ные различными хозяйственными отбросами, моющими средствами. Хо­зяйственно-бытовые сточные воды всегда содержат большое количество микроорганизмов, которые являются продуктами жизнедеятельности чело­века. Среди них могут быть и патогенные. Особенностью хозяйственно-­бытовых сточных вод является относительное постоянство их состава. Ос­новная часть органических загрязнений таких вод представлена белками, жирами, углеводами и продуктами их разложения. Неорганические приме­си составляют частицы кварцевого песка, глины, соли, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека. К последним относят фосфаты, гид­рокарбонаты, аммонийные соли (продукт гидролиза мочевины). Из общей массы загрязнений бытовых сточных вод на долю органических веществ приходится 45-58%.

Производственные сточные воды образуются в результате техно­логических процессов. Качество сточных вод и концентрация загрязняю­щих веществ определяются следующими факторами: видом промышленно­го производства и исходного сырья, режимами технологических процессов. На предприятиях, например, металлообрабатывающих производственные сточные воды загрязнены минеральными веществами. Пищевая промыш­ленность дает загрязнения органическими примесями. Большинство же предприятий имеет загрязнения сточных вод как минеральные, так и орга­нические, в различных соотношениях. Концентрация загрязнений сточных вод различных предприятий неодинакова. Она колеблется в весьма широ­ких пределах, в зависимости от расхода воды на единицу продукции, со­вершенства технологического процесса и производственного оборудования. Концентрация загрязнений в производственных сточных водах может сильно колебаться во времени и зависит от хода технологического процесса в отдельных цехах или на предприятии в целом. Неравномерность притока сточных вод и их концентрации во всех случаях ухудшает работу очист­ных сооружений и усложняет эксплуатацию.

Атмосферные сточные воды образуются в результате выпадения осадков. К этой категории сточных вод относят талые воды, а также воды от поливки улиц. В атмосферных водах наблюдается высокая концентрация кварцевого песка, глинистых частиц, мусора и нефтепродуктов, смываемых с улиц города. Загрязнение территории промышленных предприятий при­водит к появлению в ливневых водах примесей, характерных для данного производства. Отличительной особенностью ливневого стока является его эпизодичность и резко выраженная неравномерность по расходу и концен­трациям загрязнений.

В зависимости от гидрогеологических условий местности, характе­ра производственных процессов в данном регионе, расхода воды на хозяй­ственно-бытовые и производственные цели, выбирается та или иная систе­ма водоотведения и, соответственно, схема водоотводящей сети. Загрязне­ния хозяйственно-бытовых и производственных стоков влияют на техноло­гию очистки воды и на экологическую ситуацию в данном районе.

2. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод

Состав сточных вод и их свойства оценивают по результатам сани­тарно-химического анализа, включающего наряду со стандартными хими­ческими тестами целый ряд физических, физико-химических и санитарно-бактериологических определений.

Сложность состава сточных вод и невозможность определения ка­ждого из загрязняющих веществ приводит к необходимости выбора таких показателей, которые характеризовали бы определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Такие показатели называются группо­выми или суммарными. Например, определение органолептических показателей (запах, окраска) позволяет избежать количественного определения в воде каждого из веществ, обладающих запахом или придающих воде окра­ску.

Полный санитарно-химический анализ предполагает определение следующих показателей: температура, окраска, запах, прозрачность, вели­чина рН, сухой остаток, плотный остаток и потери при прокаливание, взвешенные вещества, оседающие вещества по объему и по массе, перманганатная окисляемость, химическая потребность в кислороде (ХПК), био­химическая потребность в кислороде (БПК), азот (общий, аммонийный, нитритный, нитратный), фосфаты, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы, и другие токсичные элементы, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты, растворенный кислород, микробное число, бактерии группы кишеч­ной палочки (БГКП), яйца гельминтов. Кроме перечисленных показателей, в число обязательных тестов полного санитарно-химического анализа на городских очистных станциях может быть включено определение специфических примесей, поступающих в водоотводящую сеть населенных пунктов от промышленных предприятий.     

Температура - один из важных технологических показателей. Функцией температуры является вязкость жидкости и, следовательно, сила сопротивления оседающим частицам. Поэтому температура - один из оп­ределяющих факторов процесса седиментации. Важнейшее значение имеет температура для биологических процессов очистки, так как от нее зависят скорости биохимических реакций и растворимость кислорода в воде.

 Окраска - один из органолептических показателей качества сточ­ных вод. Хозяйственно-фекальные сточные воды обычно слабо окрашены и имеют желтовато-буроватые или серые оттенки. Наличие интенсивной ок­раски различных оттенков - свидетельство присутствия производственных сточных вод. Для окрашенных сточных вод определяют интенсивность ок­раски по разведению до бесцветной, например 1:400; 1:250 и т.д.

     Запах - органолептический показатель, характеризующий наличие в воде пахнущих летучих веществ. Обычно запах определяют качественно при температуре пробы 20⁰С и описывают как фекальный, гнилостный, керосиновый, фенольный и т.д. При неясно выраженном запахе определе­ние повторяют, подогревая пробу до 65⁰С. Иногда необходимо знать поро­говое число - наименьшее разбавление, при котором запах исчезает.

Концентрация ионов водорода выражается величиной рН. Этот показатель чрезвычайно важен для биохимических процессов, скорость которых может существенно снижаться при резком изменении реакции среды. Установлено, что сточные воды, подаваемые на сооружения биоло­гической очистки, должны иметь значение рН в пределах 6,5 - 8,5. Произ­водственные сточные воды (кислые или щелочные) должны быть нейтрали­зованы перед сбросом в водоотводящую сеть, чтобы предотвратить ее раз­рушение. Городские сточные воды обычно имеют слабо щелочную реакцию среды (рН = 7,2-7,8).

Прозрачность характеризует общую загрязненность сточной воды нерастворенными и коллоидными примесями, не идентифицируя вид за­грязнений. Прозрачность городских сточных вод обычно составляет 1-3 см, а после очистки увеличивается до 15 см.

Сухой остаток характеризует общую загрязненность сточных вод органическими и минеральными примесями в различных агрегативных со­стояниях (в мг/л). Определяется этот показатель после выпаривания и даль­нейшего высушивания при t = 105 ос пробы сточной воды. После прокаливания (при t = 600⁰С) определяется зольность сухого остатка. По этим двум показателям можно судить о соотношении органической и минеральной частей загрязнений в сухом остатке.

Плотный остаток - это суммарное количество органических и минеральных веществ в профильтрованной пробе сточных вод (в мг/л). Оп­ределяется при таких же условиях, что и сухой остаток. После прокалива­ния плотного остатка при t = 600⁰С можно ориентировочно оценить соотношение органической и минеральной частей растворимых загрязнений сточных вод. При сравнении прокаленных сухого и плотного остатков го­родских сточных вод определено, что большая часть органических загряз­нений находится в нерастворенном состоянии. При этом минеральные при­меси в большей степени находятся в растворенном виде.

Взвешенные вещества - показатель, характеризующий количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы. Это один из важнейших технологических показателей качества во­ды, позволяющий оценить количество осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод. Кроме того, этот показатель используется в качестве расчетного параметра при проектировании первичных отстойников. Коли­чество взвешенных веществ - один из основных нормативов при расчете необходимой степени очистки сточных вод. Потери при прокаливании взве­шенных веществ определяются так же, как для сухого и плотного остатков, но выражаются обычно не в мг/л, а в виде процентного отношения минеральной части взвешенных веществ к их общему количеству по сухому веществу. Этот показатель называется зольностью. Концентрация взвешенных веществ в го­родских сточных водах обычно составляет 100 - 500 мг/л.

Оседающие вещества - часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 ч отстаивания в покое. Этот показатель ха­рактеризует способность взвешенных частиц к оседанию, позволяет оце­нить максимальный эффект отстаивания и максимально возможный объем осадка, который может быть получен в условиях покоя. В городских сточ­ных водах оседающие вещества в среднем составляют 50-75% общей кон­центрации взвешенных веществ.

Под окисляемостью понимают общее содержание в воде восстано­вителей органической и неорганической природы. В городских сточных водах подавляющую часть восстановителей составляют органические ве­щества, поэтому считается, что величина окисляемости полностью отно­сится к органическим примесям. Окисляемость - групповой показатель. В зависимости от природы используемого окислителя различают химическую окисляемость, если при определении используют химический окислитель, и биохимическую, когда роль окислительного агента выполняют аэробные бактерии - этот показатель - биохимическая потребность в кислороде БПК. В свою очередь, химическая окисляемость может быть перманганат­ной (окислитель КМnO₄), бихроматной (окислитель К₂Сr₂O₇) и иодатной (окислитель КJО_з). Результаты определения окисляемости независимо от вида окислителя выражают в мг/лO₂. Бихроматную и иодатную окисляемость называют химической потребностью в кислороде или ХПК.

Перманганатная окисляемость - кислородный эквивалент легко окисляемых примесей. Основная ценность этого показателя - быстрота и простота определения. Перманганатная окисляемость используется с целью получения сравнительных данных. Тем не менее, есть такие вещества, которые не окисляются КМnО₄. Определяя ХПК, можно достаточно полно оценить степень загрязненности воды органическими веществами.

БПК - кислородный эквивалент степени загрязненности сточных вод биохимически окисляемыми органическими веществами. БПК опреде­ляет количество кислорода, необходимое для жизнедеятельности микроор­ганизмов, участвующих в окислении органических соединений. БПК харак­теризует биохимически окисляемую часть органических загрязнений сточ­ной воды, находящихся в первую очередь в растворенном и коллоидном состояниях, а также в виде взвеси.

Для математического описания процесса биохимического потреб­ления кислорода наиболее часто используют кинетическое уравнение пер­вого порядка. Для вывода уравнения введем ряд обозначений: La - количе­ство кислорода, необходимое для окисления всего органического вещества, т.е. БПКполн мг/л; Lt - то же, потребленное к моменту времени t, т.е. БПК_t, мг/л; La - Lt - то же, остающееся в растворе к моменту времени t, мг/л. В рассматриваемом случае уравнение первого порядка имеет вид:

dLt /dt=K(La -Lt)    (1)

или после преобразования, интегрирования и введения десятичных лога­рифмов уравнение будет иметь вид (k = К·2,З0l):

t = l/klg(БПКполн/БПКполнБПКt)            (2)

где k - константа скорости потребления кислорода, для городских сточных вод в  зависимости от их состава k = 0,15- 0,25.

Для определения БПК_полн вводят ограничение, по которому процесс биохимического потребления кислорода считается законченным, когда:

БПК = 0,99 БПКполн,    (3)

Следовательно, получим уравнение:

t = 1/klg(БПКполн/БПКполн-0,99БПКполн).       (4)

Величина БПК_полн определяет расход кислорода в процессе биохи­мического окисления и является важнейшей технологической характеристикой для любого аэробного биоокислителя.

Азот находится в сточных водах в виде органических и неорганических соединений. В городских сточных водах основную часть органиче­ских азотистых соединений составляют вещества белковой природы - фе­калии, пищевые отходы. Неорганические соединения азота представлены восстановленными – NH₄⁺ и NН_з окисленными формами NО₂^- и NО_з^-. Ам­монийный азот в большом количестве образуется при гидролизе мочевины -  продукта жизнедеятельности человека. Кроме того, процесс аммонифика­ции белковых соединений также приводит к образованию соединений ам­мония.

В городских сточных водах до их очистки азот в окисленных фор­мах (в виде нитритов и нитратов), как правило, отсутствует. Нитриты и нитраты восстанавливаются группой денитрифицирующих бактерий до молекулярного азота. Окисленные формы азота могут появиться в сточной воде, лишь после биологической очистки.

Источником соединений фосфора в сточных водах являются фи­зиологические выделения людей, отходы хозяйственной деятельности че­ловека и некоторые виды производственных сточных вод.

Концентрации азота и фосфора в сточных водах - важнейшие пока­затели санитарно-химического анализа, имеющие значение для биологиче­ской очистки. Азот и фосфор - необходимые компоненты состава бактери­альных клеток. Их называют биогенными элементами. При отсутствии азо­та и фосфора процесс биологической очистки невозможен.

Хлориды и сульфаты - показатели, концентрация которых влияет на общее солесодержание.

В группу тяжелых металлов и других токсичных элементов вхо­дит большое число элементов, которое по мере накопления знаний о про­цессах очистки все более возрастает. К токсичным тяжелым металлам от­носят железо, никель, медь, свинец, цинк, кобальт, кадмий, хром, ртуть; к токсичным элементам, не являющимся тяжелыми металлами - мышьяк сурьма, бор, алюминий и т.д. 

Источник тяжелых металлов - производственные сточные воды машиностроительных заводов, предприятий электронной, приборострои­тельной и других отраслей промышленности. В сточных водах тяжелые металлы содержатся в виде ионов и комплексов с неорганическими и орга­ническими веществами.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) - орга­нические соединения, состоящие из гидрофобной и гидрофильной частей, обусловливающих растворение этих веществ в маслах и в воде. Примерно 75% общего количества производимых СПАВ приходится на долю анионо­активных веществ, второе место по выпуску и использованию занимают неионогенные соединения. В городских сточных водах определяют СПАВ этих двух типов.

Нефтепродукты - неполярные и малополярные соединения, экстрагируемые гексаном. Концентрация нефтепродуктов в водоемах строго нормируется, и поскольку на городских очистных сооружениях степень их задержания не превышает 85%, в поступающей на станцию сточной воде также ограничивается содержание нефтепродуктов.

Растворенный кислород в поступающих на очистные сооружения сточных водах отсутствует. В аэробных процесс ах концентрация кислорода должна быть не менее 2 мг/л.

Санитарно-бактериологические показатели включают: определение общего числа аэробных сапрофитов (микробное число), бактерий группы кишечной палочки и анализ на яйца гельминтов.

Микробное число оценивает общую обсемененность сточных вод микроорганизмами и косвенно характеризует степень загрязненности воды органическими веществами - источниками питания аэробных сапрофитов. Этот показатель для городских сточных вод колеблется в пределах 10⁶ - 10⁸.

3. Влияние сточных вод на водоем

Самоочищающая способность водоема зависит от условий смеще­ния и разбавления сточных вод водой водоемов. Для удовлетворения сани­тарных требований устанавливают предельно допустимый сброс (ПДС) лимитирующих веществ в целях ограничения поступления загрязнений в водоем со сточными водами.

Уравнение материального баланса имеет вид:

                                 qCст.нp + QСф =      Cпp(q + aQ)                         (5)

                                                           

                           ПДС     Фон     Нормативное состояние

                                                               водоема

где q, Q - расход сточных и речных вод, м³/ч; Сст.нр, Сф - концентрация лимитирующего вещества соответственно для нормативно-очищенной сточной воды и в реке выше места выпуска, г/м³; Спр - предельно допустимая концентрация в воде в зависимости от вида водопользования, г/м³; а ­коэффициент смешения, доли единицы.

Коэффициент смешения а находят:

                                 _{3                                              3}

                    а = (1 - e^-α√Lф)/( 1 + (Q / q)e ^-α√Lф),                      (6)

где е - основание натуральных логарифмов; Lф - расстояние до расчетного створа по форватеру, м.

Значение  находят по формуле:

α = φξ√D/ q,        (7)

где φ - коэффициент извилистости реки; ξ - коэффициент, зависящий от места выпуска (при береговом выпуске ξ =1, при фарватерном - ξ = 1,5); D - коэффициент турбулентной диффузии, м/с; q - расход сточных вод, м³/с.

Коэффициент извилистости φ определяют по формуле:

φ = Lф / L,       (8)

где L - длина до расчетного створа по прямой, м.

Коэффициент турбулентной диффузии (для равнинных рек) D находят по формуле:

     V ср · Нср

                                                                   D =     200       (9)

где Vср - средняя скорость течения реки, м/с; Нср - средняя глубина реки на участке между выпуском и расчетным створом, м.

Теоретически расстояние от выпуска сточных вод до створа пол­ного смешения равно бесконечности, поэтому значение коэффициента а, равное 1, на практике не встречается. Для практических расчетов следует определять расстояние до створа достаточно полного смешения, для кото­рого а = 0,95; 0,9, т.е. в котором сточная вода смешивается с 95 или 90% расхода воды реки.

Взаимосвязь протяженности загрязненной струи до расчетного створа Ісм и коэффициента смешения устанавливается формулой:

                                                   Ісм = [2,3          aQ+q]³

                                                      α    ·  lg   (l-a)q              (10)

При определении в проточных водоемах кратности разбавления п в расчетных створах пользуются формулой:

n = (aQ+q)/ q.             (11)

4. Условия сброса сточных вод в городскую водоотводящую сеть

При расположении промышленного предприятия в черте города или вблизи него, загрязненные производственные сточные воды могут сбрасываться в городскую водоотводящую сеть. Для предотвращения на­рушения технологического процесса биологической очистки хозяйственно­-бытовых сточных вод, сбрасываемые воды должны удовлетворять опреде­ленным требованиям. Основные из них сводятся к следующему:

• производственные сточные воды не должны быть агрессивными по отношению к материалам водоотводящих сетей и сооружений; не должны содержать примеси такой крупности и такого удельно­го веса, которые могли бы засорять водоотводящую сеть города;
• в производственных сточных водах не должно быть горючих примесей - бензина, нефтепродуктов, эфиров, а также растворенных газообразных веществ, которые могли бы образовывать взрывоопасные смеси. При биологической очистке городских стоков I концентрация нефтепродуктов не должна превышать допустимого предела для процесса биохимической очистки;
• температура смеси хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод не должна превышать 40⁰С;
• сбрасываемые в городскую водоотводящую сеть сточные воды не должны содержать бактерий, попадающих с продуктами выработ­ки вакцин и сывороток;
• средние значения рН не должны превышать значений 6,5-7; производственные сточные воды, не отвечающие предъявляемым требованиям, подвергаются предварительной очистке на соответствующих локальных установках. Кроме того, предусматривается устройство гидравлических затворов в местах выпуска в гopoдскую водоотводящую сеть.

Общие требования к производственным сточным водам, посту­пающим в городскую водоотводящую сеть, представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Общие требования к производственным сточным водам, поступающим в городскую водоотводящую сеть

Особое внимание уделяется производственным сточным водам, имеющим радиоактивные элементы. В водоотводящую сеть города не раз­решается сброс таких стоков. Не разрешен также сброс биологически «же­стких» поверхностно-активных веществ и СПАВ.

5. Условия сброса сточных вод в водоем

Многообразие количества и качества сточных вод, как производст­венных, так и хозяйственно-бытовых, определяет выбор системы водоотве­дения и схемы водоотводящих сетей, и, соответственно, методы очистки.

Санитарная характеристика водоема составляется на основании са­нитарно-топографического обследования. При этом учитываются также санитарные условия водообеспечения населенных мест. На основании та­ких обследований составлены показатели качества воды источников водо­пользования. Они разделяются на три класса (табл. 2).

Разделение водных источников по классам показывает большой их разброс по качеству и количеству воды. Показатели качества воды изменя­ются в зависимости от гидрогеологических условий объекта, его географического положения, а также от наличия промышленных предприятий (они могут сбрасывать сточные воды в водоем). По своему назначению водныe источники делятся на рыбохозяйственные и хозяйственно-бытовые и культурно-бытовые.

Рыбохозяйственные объекты в свою очередь подразделяются на три категории. К первой относят объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных пород рыб, обладающих высокой чувствительно­стью к кислороду. Ко второй - все водные объекты, используемые для дру­гих рыбохозяйственных целей.

При выпуске очищенных сточных вод в водоем необходимо учи­тывать категорию водного объекта и ПДК вредных загрязнений. Условия спуска сточных вод в водоемы регламентированы «Правилам и охраны по­верхностных вод от загрязнений сточными водами». Этими правилами ус­тановлены нормативы качества воды: для водоемов хозяйственно-­питьевого и культурно-бытового водопользования; для водоемов, исполь­зуемых в рыбохозяйственных целях.

В соответствии с правилами запрещается спуск в водоемы сточных вод, которые могут быть устранены путем перехода на безводное производ­ство или путем повторного и оборотного использования.

Правила устанавливают нормативы качества воды водоемов по ка­тегориям водопользования: к первой категории относятся участки водо­емов, используемые в качестве источника для централизованного или не­централизованного питьевого водоснабжения, а также водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко второй категории относятся участки водоемов, используемых для спорта и отдыха населения.

Таблица 2 - Показатели качества воды по классам при водопользовании

Приведенные в правилах нормативы качества воды в водоемах от­носятся к створам, расположенным на проточных участках на 1 км выше ближайшего пункта водопользования, на непроточных участках и водохра­нилищах - к створам в 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

Уточнение категорий водоемов или их участков производится при участии органов санитарно-эпидемиологической службы и рыбохозяист­венных организаций. Общие требования к составу и свойствам воды в во­доемах и водотоках соответствующих категорий после выпуска в них сточ­ных вод, подвергшихся необходимой очистке, приведены в табл. 3.

Требования к выпуску сточных вод в море соответствуют нормати­вам приема очищенных сточных вод во внутренние водотоки и водоемы. Однако, имеются и некоторые особенности. Согласно «Правилам санитар­ной охраны прибрежных вод морей», при разработке соответствующих проектов учитываются границы района морского водопользования населе­ния по береговой линии. В сторону моря она принимается не менее 2 км от береговой линии, далее на 10 км в обе стороны от границ района водополь­зования по берегу и в сторону моря. Предусматривается первый пояс сани­тарной охраны. В границах района водопользования сброс очищенных промышленных и бытовых сточных вод, включая судовые, запрещается.

Таблица 3 - Допустимые изменения состава воды в водоемах и водотоках после выпуска в них очищенных сточных вод

Спуск сточных вод, содержащих радиоактивные вещества, в хозяй­ственно-бытовую систему водоотведения регламентируется «Санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и источниками ионизи­рующих излучений».

Для неидентифицированной смеси радиоактивных веществ, содер­жащих α,  β и γ-излучения, ПДК составляет З·10^-11 кюри/л.

Радиоизотопы являются биологически-активными в микроколиче­ствах. Они способны избирательно накапливаться на различных субстратах животного и растительного происхождения. Поэтому запрещается спуск сточных вод, содержащих радиоактивные элементы, в водоемы, предназна­ченные для разведения рыбы и водоплавающей птицы.

Спуск сточных вод в непроточные водоемы, моря или водохрани­лища в последнее время стал чаще встречаться в санитарной практике. Этот вопрос недостаточно изучен в отношении разбавления и самоочищения. При спуске сточных вод в непроточные водоемы из-за ограниченности их объема нельзя рассчитывать только на разбавление, не выяснив степень стабильности веществ в сточных водах. Для возможности выпуска сточных вод в такие водоемы необходимо научное обоснование условий спуска сточных вод.

Условия спуска сточных вод в водоемы, изложенные в «Правилах» распространяются на все объекты водоотведения, независимо от их ведом­ственной принадлежности, при обязательном согласовании с органами го­сударственного санитарного надзора и рыбоохраны.

6. Определение необходимой степени очистки сточных вод

Технологические расчеты необходимой степени очистки сточных вод базируются на уравнении материального баланса (см. ф-лу 5).

Определение необходимой степени очистки сточных вод по со­держанию взвешенных веществ. Допустимое содержание взвешенных ве­ществ m в спускаемых в водоем сточных водах определяется по уравнению (в соответствии с санитарными правилами):

aQb + qт = (aQ + q)(b + р),   (12)

откуда

т = p(aQ/q + 1) + b,     (13)

где b - содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод, г/м³; р – допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешен­ных веществ в водоеме после спуска сточных вод (в зависимости от вида водо­пользования), г/м³; Q, q – расходы соответственно речных и сточных вод, м³/сут.

Необходимую степень очистки по взвешенным веществам, в %, оп­ределяют по формуле:

D_B = 100 (С - т)/С,    (14)

где С - количество взвешенных веществ в сточной воде до очистки, г/м³.

Во избежание отложения взвешенных веществ в водоеме, их гидравлическая крупность не должна превышать 0,4 мм/с при выпуске в реку и 0,2 мм/с - в водохранилище. Если в сточной воде концентрация взвешенных веществ не удовлетворяет этому требованию, то перед сбросом в водоем ее необходимо отстаивать для осаждения взвешенных частиц указанной гидравлической крупности.

При сбросе стоков, содержащей токсичные вещества, необходимо произвести оценку качества сбрасываемой воды по предельно допустимой концентрации по формуле:

Сст. нр. = (n - 1)(Спр. - Сф) + Снр     (15)

где n -коэффициент разбавления n=(q+ аQ)/q; Снр. =ПДК, если в воде присутствует один вид загрязнений.

При наличии в воде веществ, потребляющих большое количество растворенного в воде водоема кислорода, возможность их сброса устанав­ливается специальным расчетом - по потреблению растворенного кислоро­да.

Определение необходимой степени очистки по БПКполн. При расчете учитывается снижение БПК воды за счет разбавления и биохимических процессов самоочищения сточных вод от органических веществ в летний период.

Баланс биохимической потребности в кислороде смеси речной и сточной вод в расчетной точке (без учета реаэрации) выражается уравнени­ем:

qLст · 10^-kcтt + aQLp ·10^-kpt = (q + aQ)Lпр.д.,     (16)               

где Lcт. - БПКполн сточной жидкости, которая должна быть достигнута в процессе очистки, г/м³; Lp - БПКполн речной воды до места выпуска сточ­ных вод, г/м³; Lпр.д. - предельно допустимая БПКполн смеси речной и сточ­ной воды в расчетном створе, г/м³; k_cm и k_p - константы скорости потреб­ления кислорода сточной и речной водой; t - продолжительность пробега воды от места выпуска сточных вод до расчетного пункта, сут.

Lст = [aQ/(q·10^-kстt/Lпр.д.-Lр ·10^-kрt) + Lпр.д./l0^-kстt    (17)

Необходимая степень очистки по БПК D_Б, %, определяется по формуле

D_Б = 100(La-Lcт)/La.            (18)

Определение необходимой степени очистки по растворенному ки­слороду в воде водоема. Допустимую максимальную величину БПК спус­каемых в водоем сточных вод определяют по требованиям санитарных пра­вил. При этом минимальное содержание растворенного кислорода должно быть 4 или 6 мг/л после спуска сточных вод (в зависимости от вида водо­пользования). Расчеты производятся для величины БПК_полн. Кислородный режим в водоемах определяют для летнего и зимнего периода. В качестве расчетного принимается наиболее неблагоприятный.

Окисление органических веществ в водоеме происходит за счет растворенного кислорода и реэрации. Кроме того, в нем участвует кислород фотосинтеза. Наименьшее содержание кислорода в воде после спуска сточ­ных вод будет наблюдаться в критической точке (рис. 1.).

Рис. 1. Схема изменения кислородного баланса: 1 - степень потребления кислорода без реаэрации; 2 - процесс реаэрации; 3 - процесс реаэрации;         А - критическая точка максимального дефицита кислорода; Б - точка максимальной скорости восстановления кислорода

Существует ряд способов определения допустимой нагрузки сточ­ных вод на водоем по содержанию кислорода. Наиболее простой основан на учете поглощения сточными водами только того растворенного кисло­рода, который подходит с речной водой к месту спуска сточных вод. При этом считают, что если концентрация в речной воде растворенного кисло­рода не станет ниже 4 мг/л в течение двух суток, то это снижение не про­изойдет и в дальнейшем. Это условие выражено уравнением:

aQOp - (aQLp+qLcm)·0,4 = (aQ+q)·4,   (19)

где Ор - содержание растворенного кислорода в речной воде до места спуска сточных вод, г/м³; a·Q - расчетный расход речнои воды в м с, участвующий в смешении; q - расход сточных вод, м³/с; Lp и Lст - БПКполн. соот­ветственно речной и сточной воды, г/м³; 0,4 - коэффициент для перечета БПКполн. в двухсуточное; 4 - наименьшая концентрация растворенного ки­слорода, которая должна сохраниться в воде водоема, г/м³.

Таким образом, приведенное выше уравнение составлено из усло­вия, что весь наличный запас растворенного кислорода должен быть израс­ходован на окисление органического загрязнения речной и сточной воды. В результате концентрация растворенного кислорода в общей смеси должна быть равна или 4, или 6 мг/л. Допустимая концентрация сточных вод при этом условии будет равна

Lcт. = (2,5aQ/q)·(Op-О,4Lр-4) – 10     (20)

Второй способ расчета позволяет учитывать процессы поглощения кислорода сточными водами из речной воды и поверхностную реаэрацию.

При расчете кислородного баланса по этому способу, кроме указанных вы­ше величин, учитывают среднюю скорость движения воды в водоеме, тем­пературу воды в реке в расчетный период, константы скорости биохимиче­ского поглощения кислорода и скорости поверхностной реаэрации. Расчет кислородного режима будет более точным в том случае, если все указанные величины определяются прямым путем. В этом случае в водоеме создается более напряженный кислородный режим, уточняется критическое время от начала процесса, когда дефицит кислорода достигает максимума. При этом величина L_a является средней и устанавливается по формуле:

La = (LpaQ+Lстq)/(aQ+q),    (21)

где La - БПК_лолн. в начальный момент процесса потребления кислорода, мг/л.

Определение необходимой степени очистки по температуре воды водоема. Расчет производится в соответствии с санитарными требования­ми, ограничивающими повышение летней температуры воды за счет посту­пающих в водоем сточных вод по уравнению

Тст. = (aQ/q + l)Т_Д + Тр       (22)

где Тст. - температура сточных вод, при которой соблюдается санитарное требование относительно температуры воды в створе пункта водопользова­ния; Тр - максимальная температура воды водоема до выпуска сточных вод в летнее время; Тд - допустимое повышение (не более чем на 3⁰С) темпера­туры воды водоема.

Определение необходимой степени разбавления по запаху, окраске, и привкусу. В тех случаях, когда имеются анализы сточных вод с указанием степени разбавления, при которой окраска и запах сточных вод исчезают, достаточно сравнение величины разбавления, которое возможно у расчет­ного створа. Это необходимо для того, чтобы решить вопрос о необходимо­сти очистки сточных вод в отношении запаха и окраски перед их спуском в водоем.

Определение необходимой степени очистки по изменению актив­ной реакции воды. При решении вопроса о спуске кислых иди щелочных сточных вод необходимо учитывать

нейтрализующую способность водо­ема. Вода водоемов содержит гидрокарбонаты кальция Са(НСО_З)₂ и магния Мg(НСО_З)₂,обусловливающие ее бикарбонатную жесткость. Кислоты, по­ступающие в водоем с производственными сточными водами, взаимодейст­вуют с гидрокарбонатами. При этом их содержание в воде уменьшается, а концентрация свободной угольной кислоты увеличивается. Реакция ней­трализации в водоеме происходит по следующей схеме

   

             (23)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Поступление в водоем щелочных сточных вод приводит к их взаи­модействию со свободным диоксидом углерода. При этом увеличивается щелочность воды. Реакция протекает в этом случае по следующей схеме

              (24)                                                                                          

При сбросе в водоем кислых сточных вод, их следует нормировать по значению рН речной воды.

рН_Ф = pk₁ + Ig(nрА[НСО_з] - nфВ)/(nрА [СО₂/44] + ПфВ) ≥ 6,5,    (25)

Бесплатная лекция: "14 Вина и её формы по уголовному праву Англии и США" также доступна.

где pk₁ - отрицательный логарифм первой константы диссоциации уголь­ной кислоты [НСО_з] - концентрация гидрокарбонатов, мг-экв/л; СО₂ - концентрация диоксида углерода, мг/л, А = 1+ 10^рНф-рk .

В = [НСО_з] – CO₂44·10 ^рнф.рk₁,; nр и n_Ф - кратности разбавления, расчетная и фактическая; рН_Ф - рН речной воды в контрольном пункте при фактическом режиме.

При сбросе в водоем щелочных сточных вод также определяется значение рН речной воды:

рН_Ф = pk₁ + Ig(n_рА[НСО_з^-] - 0,273n_фВ)/ (n_рА [СО₂/44] - n_фВ) ≤ 8,5      (26)

где А=0,273-10^рНф.рk₁,; параметр В определяется так же, как и при сбросе кислых сточных вод.

Определение необходимой степени очистки по общесанитарному показателю вредности. При определении необходимой степени очистки сточных вод по санитарно-токсикологическому, общесанитарному и орга­нолептическому показателям вредности, пользуются уравнением матери­ального баланса (8.5). При этом установлены предельно допустимые кон­центрации (ПДК) на вещества и показатели. Полученное по этой формуле значение Сст.нр. характеризует концентрацию загрязнения сточных вод, ко­торая должна быть достигнута в процессе очистки воды. Эти расчеты по­зволяют определить необходимую степень очистки сточных вод, разрабо­тать технологическую схему процесса обезвреживания и установить пре­дельно допустимый сброс (ПДС) загрязнений при спуске сточных вод в водоем.