Трансформация загрязняющих веществ

Наряду с разбавлением сточных вод в водных объектах к снижению концентрации загрязняющих веществ, попадающих со сточными водами, приводят и биохимические, и физико-химические процессы, протекающие в водоемах и водотоках.

По способности веществ участвовать в этих процессах они делятся на две группы:

1. Консервативные – это вещества, убыль концентрации которых в водном объекте происходит только за счет разбавления. Они не участвуют ни в каких физико-химических процессах и переносятся в водоемах только течением.

2. Неконсервативные – это вещества, убыль концентрации которых происходит не только за счет разбавления, но и за счет процессов химического и биохимического окисления, биологического поглощения и/или физических процессов (сорбции, осаждения), т.е. всех тех процессов, которые принимают участие в самоочищении воды (относительном или полном).

При этом одной из важных характеристик неконсервативных веществ является константа скорости самоочищения воды от рассматриваемого загрязняющего вещества, зависящая от гидродинамических и температурных условий. Она отражает суммарно все процессы, принимающие участие в самоочищении.

Обычно процессы самоочищения описываются уравнением первого кинетического порядка. Поэтому снижение концентрации вещества dc выражается:

, (16)

где k – константа скорости самоочищения водного объекта от загрязняющего вещества, 1/сут; t – время в сутках.

k = k₁ + k₂ + k₃ + ….+k_n (17)

Каждое слагаемое в последнем уравнении относится к единичному из учитываемых процессов превращения загрязняющего вещества.

Иногда вместо k используют коэффициент неконсервативности k_н. При использовании k_н время берется в секундах, поэтому: k_н = - 1,16∙10^-5 k.

По данным ВНИИВО, в Невской Губе при 0^оС коэффициенты неконсервативности некотовых загрязняющих веществ равны:

Загрязняющее вещество	kн, 1/с
Нефтепродукты	- 2∙10-7
Фенолы	- 1,5∙10-6
СПАВы	- 2,1∙10-7

Интегрирование уравнения (16) позволяет получить зависимость:

(18)

где С_о – концентрация в момент начала отсчета времени t. Или:

(19)

где x – расстояние от места выпуска до расчетного створа; V – средняя скорость течения реки на рассматриваемом участке.

При одновременном учете процессов разбавления и самоочищения получим уравнение:

(20)

Это уравнение справедливо, если фоновая концентрация С_ф известна в месте сброса сточных вод. Если же она определяется экспериментально в фоновом створе, расположенном выше места сброса сточных вод, например, на расстоянии у до расчетного створа, то определение концентрации в расчетном створе следует проводить по уравнению (21):

(21)

где k’- константа скорости самоочищения водного объекта от того же вещества, но поступившего не со сточными водами, а с выше расположенного участка реки. k и k’ могут различаться, т.к. неконсервативные вещества в сточной и речной воде могут отличаться как формой миграции, так и составом исходных химических соединений.

Полученные формулы (20-21) являются приближенными, т.к. при их выводе уже для начального створа принимается равномерное распределение вещества по ширине реки. Очевидно, что в зонах повышенной концентрации интенсивность процесса распада должна отличаться от таковой в зонах малой концентрации. Однако, использование этого способа оправдано тем, что k определяется с достаточно большой погрешностью.

Итак, вычислить снижение концентрации за счет неконсервативности вещества на пути его перемещения от створа выпуска до расчетного створа можно по формуле:

(22)

где С_о- концентрация вещества в расчетном створе, полученная в результате расчета разбавления, но без учета неконсервативности вещества.