- •Н.В. Растрыгин, с.А. Алексеев
- •Содержание:
- •Введение
- •1. Геотехнические системы
- •1.1. Системы. Основные понятия
- •1.2. Структура систем
- •1.3. Состояние системы
- •1.4. Модели систем
- •1.5. Управление системами
- •1.6. Формирование геотехнических систем
- •1.7. Классификация и экологическая оптимизация геотехнических систем
- •Основные принципы и задачи оптимизации геотехнических систем
- •1.8. Оценка состояния и оптимизация геотехнических систем при их проектировании и эксплуатации
- •1.8.1. Оптимизация проектируемого техногенного объекта
- •1.8.2. Оптимизация действующего техногенного объекта
- •1.9. Мониторинг геотехнических систем
- •1.9.1. Основные базовые методы мониторинга в геотехнических системах
- •1.9.2. Основные принципы мониторинга геотехнических систем
- •1.9.3. Структура мониторинга
- •1.9.4. Информационная система мониторинга
- •2. Геотехническая система "Промышленное предприятие – окружающая среда"
- •2.1. Воздействие на приземной слой атмосферы
- •2.2. Характеристика загрязнения территории промышленной площадки
- •Неорганизованные источники загрязнения территории промышленной площадки
- •2.3. Характеристика загрязнения водных объектов
- •2.3.1. Загрязнение подземных (грунтовых) вод
- •2.3.2. Загрязнение поверхностных вод
- •3. Геотехническая система "Город"
- •3.1. Принципы формирования и динамика городских систем
- •3.2. Структура городских систем
- •3.2.1. Основные типы городских структур
- •3.2.2. Физико-географические условия формирования городских систем
- •3.2.3. Динамика городских систем
- •3.3. Город как геотехническая система
- •4. Оценка воздействия на окружающую среду и нормирование использования природных ресурсов.
- •4.1. Классификация загрязнений окружающей среды
- •4.2. Санитарно-токсикологические основы нормирования ингредиентных загрязнений
- •4.3. Основы нормирования параметрических загрязнений
- •4.4. Инженерно-экологические характеристики территории
- •4.4.1. Демографическая емкость территории
- •4.4.2. Репродуктивная способность территории
- •4.4.3. Геохимическая активность территории
- •4.4.4. Устойчивость территории к физическим нагрузкам
- •4.4.5. Экологическая емкость территории
- •4.5. Нормирование использования и состояния атмосферного воздуха
- •4.5.1. Рассеивание вредных веществ в атмосфере от стационарных источников
- •4.5.2. Расчет выброса вредных веществ автомобильным транспортом
- •4.6. Нормирование использования и состояния водных ресурсов
- •4.6.1. Нормирование водопотребления и водоотведения
- •4.6.2. Расчет предельно допустимого сброса вредных веществ
- •Расчет разбаления сточных вод при выпуске их в реки и каналы. Метод Фролова-Родзиллера
- •Расчет разбавления сточных вод при их выпуске в озера, водохранилища иприбрежную зону морей.
- •4.6.3. Оценка динамики и степени загрязненности грунтовых вод в зоне влияния техногенного объекта
- •4.7. Нормирование земельных отводов под промышленные объекты
- •Экономические основы природообустройства
- •5.1. Общие положения
- •5.1.1. Задачи экономики природопользования
- •5.1.2. Факторы экономического роста в природопользовании
- •5.2. Экономическая оценка природных ресурсов
- •5.2.1. Оценка природно-ресурсного потенциала
- •5.2.2. Методы оценки природных ресурсов
- •5.2.3. Индивидуальная оценка ресурсов Оценка земельных ресурсов
- •Оценка водных ресурсов
- •Оценка минеральных ресурсов
- •Оценка лесных ресурсов и древесины
- •Оценка стоимости времени
- •5.3.2. Оценка эффективности экономии материальных ресурсов
- •5.4. Определение ущербов от загрязнения окружающей природной среды
- •5.4.1. Классификация ущербов
- •5.4.2. Оценка ущербов
- •Население
- •Жилищно-коммунальное хозяйство
- •Промышленность и сельское хозяйство
- •5.5. Экономическая оценка инженерных мероприятий по защите окружающей среды
- •5.5.1. Оценка чистого экономического эффекта природоохранных мероприятий
- •5.5.2. Оценка методов очистки газовых выбросов
- •5.5.3. Оценка методов очистки сточных вод
- •5.5.4. Оценка методов утилизации отходов
- •5.5.5. Оценка конструкторских и технологических решений
- •5. Экономические основы природообустройства
- •5.1.Общие положения
- •5.1.1. Задачи экономики природопользования
- •5.1.2. Факторы экономического роста в природопользовании
- •5.2. Экономическая оценка природных ресурсов
- •5.2.1. Оценка природно-ресурсного потенциала
- •5.2.2. Методы оценки природных ресурсов
- •5.2.3. Индивидуальная оценка ресурсов
- •Оценка водных ресурсов
- •Оценка минеральных ресурсов
- •5.3. Экономическая оценка производственно-хозяйственной деятельности
- •5.3.1. Комплексная экономическая оценка
- •5.3.2. Оценка эффективности экономии материальных ресурсов
- •5.4. Определение ущербов от загрязнения окружающей природной среды
- •5.4.1. Классификация ущербов
- •5.4.2. Оценка ущербов
- •5.5. Экономическая оценка инженерных мероприятий по защите окружающей среды
- •5.5.1. Оценка чистого экономического эффекта природоохранных мероприятий
- •5.5.2. Оценка методов очистки газовых выбросов
- •5.5.3. Оценка методов очистки сточных вод
- •5.5.4. Оценка методов утилизации отходов
- •5.5.5. Оценка конструкторских и технологических решений
- •Список литературы
- •Экология техногенных объектов
- •Часть 2
- •Основы природообустройства
- •Учебное пособие
2.3.2. Загрязнение поверхностных вод
Формирование загрязнения поверхностных вод представляется наиболее сложным процессом в геотехнической системе. Вклад в этот процесс вносят все сопредельные составляющие природной среды наряду с производством, которое, конечно, является основным источником загрязняющих веществ, и формируют прямой и косвенный пути загрязнения [].
Прямой путь обусловлен организованными выпускными потоками сточных вод, включающими нормативно-очищенные стоки, продувочные воды водооборотных систем, систем водоочистки и другие слабоминерализованные стоки. Их состав зависит от специфики производства, а объем определяется производительностью водоотводящих систем и уровнем эксплуатации. Эти потоки характеризуются фиксированными координатами источников сточных вод и относительно постоянными качественным и количественным составами. Изучены достаточно полно, их влияние учитывается во всех случаях, разработанные методики расчетов позволяют получать достаточно надежные результаты.
Косвенный путь связан с наличием неорганизованных потоков загрязняющих веществ, основными из которых являются: естественный поверхностный или поливомоечный стоки с загрязненной территории промышленной площадки; загрязненные подземные воды, выклинивающиеся на поверхность и попадающие в систему ливневой канализации; выпадение компонентов газопылевых выбросов на акваторию поверхностных водных объектов и т.д. Состав таких потоков зависит от специфики производства. Объем определяется гидрометеорологическими, гидрологическими, гидрогеологическими условиями, нормой полива территории, эффективностью работы газоочистного оборудования и культурой его эксплуатации, степенью организованности выбросов и др. Изучены не достаточно, результаты расчетов не найдены.
Из приведенного выше, следует, что прямой и косвенный пути загрязнения поверхностных вод имеют две составляющие: природные и техногенные стоки.
Природные стоки формируются в основном, в результате выпадения осадков. В этом случае величина поверхностного стока с территории промышленной площадки будет определяться формулой:
,
где: W– объем годового поверхностного стока, м3;
h– высота годового слоя осадков, мм;
- коэффициент поверхностного стока;
F– площадь водосброса (в данном случае площадь промышленной площадки) поверхностного стока, га.
Объем и состав талого и дождевого стоков можно определить исходя из следующих соображений. Талый сток, формирующийся в основном в весеннее время за счет таяния снега и льда, выносит практически все количество загрязняющих веществ, накопленных в снежном и ледовом покровах за зиму, т.к. коэффициент стока в этом случае близок к 1 (). Объем стока
,
где: hс– влагозапас в снежном и ледовом покровах на начало таяния, мм.
При этом средняя концентрация загрязняющих веществ в указанном стоке за весь период таяния снега составит:
,
здесь: а – коэффициент, зависящий от физических свойств загрязняющих веществ;
- период аккумулирования загрязняющих веществ снежным и ледовым покровами, сут.
Процесс формирования объема и состава дождевого стока начинается еще в атмосфере. Концентрация веществ в атмосферных осадках всегда ниже, чем в речной или озерной воде. Поэтому, они играют роль окислителей по отношению ко всем другим видам природных вод. Кислотность дождевой воды в основном обусловлена сульфат-ионом SO4-2. При этом следует отметить, что твердые частицы атмосферными осадками выводятся более интенсивно, чем растворимые (доля последних в загрязненности поверхностного стока обычно не превышает 2%). Об этом свидетельствуют следующие данные: 1 литр дождя, падая с высоты 1км, промывает 526м3воздуха, в результате концентрация частиц крупнее 1мкм снижается в 4-13 раз, частиц менее 1мкм – в 2 раза. Наибольшая интенсивность вымывания твердых частиц из атмосферных аэрозолей наблюдается при размерах дождевых капель 0,8 – 2,0 мм. Следствием этого является высокое содержание нерастворимых частиц (более 400г/м3) в дождевых осадках, выпадающих на территории промышленной площадки, что нельзя не учитывать при прогнозировании состава поверхностного стока. Дальнейшее формирование состава этого стока происходит на подстилающей поверхности, включая крыши зданий и сооружений, поверхности оборудования, материалоэнергопроводов, дорог и почвы.
Вынос загрязняющих веществ на этом этапе описывается уравнением кинетики 1-го порядка:
,
где: М - концентрация загрязняющих веществ в дождевом стоке на момент времени;
М0– начальная концентрация загрязняющих веществ в дождевом стоке, сформированная за счет вымывания этих веществ из атмосферного воздуха;
К1– коэффициент, характеризующий интенсивность выноса загрязняющих веществ.
Степень загрязненности дождевого стока зависит не только от продолжительности дождя, но и от его интенсивности. Тогда вынос загрязняющих веществ может быть определен по эмпирической формуле:
,
где: - эмпирические коэффициенты, устанавливаемые для каждого вещества;
i– интенсивность дождя.
При этом критическое значение стока, обеспечивающего максимальную его загрязненность, составляет .
Техногенные факторы влияния на гидрологический и гидрохимический режимы водных объектов связаны с количеством потребляемой предприятием воды, определяющим водоемкость производств. В настоящее время водоемкость производств принимается как сумма водопотребления на отдельные операции технологических процессов. Такой подход представляется не достаточно объективным, т.к. рассматривает только внутреннюю составляющую водопотребления. Для анализа полного влияния промышленного предприятия на водные объекты при определении водоемкости производств следует учитывать и внешнюю составляющую, которая складывается из количества воды водоема или водотока, выступающего в роли приемника сточных вод, требуемого для разбавления стоков с территории предприятия до нормативных значений по каждому лимитирующему показателю вредности.
Количество производственных сточных вод, образующихся в процессе производства, зависит от объема потребляемой воды и степени комплексности её использования, т.е. от типа системы водообеспечения: прямоточная, повторно-последовательная или оборотная.
Требования к качеству потребляемой на нужды производства воды в большинстве случаев менее жесткие, чем для выпуска сточных вод в водные объекты. Поэтому оснащение промышленных предприятий локальными очистными сооружениями открывает путь к практически полному использованию производственных сточных вод в оборотных циклах различного назначения, т.е. к созданию бессточных производственных циклов. Таким образом, техногенная составляющая загрязнения поверхностных вод может быть сведена к минимуму, т.к. в результате объем сбрасываемых сточных вод будет составлять 510% от объема циркулирующей в системе водообеспечения воды, а в некоторых случаях и практически полностью исключена.
Перевод предприятий на такие системы использования воды решает не только экологическую задачу, но и экономическую, в следствии того, что очистка стоков до норм повторного использования обходится значительно дешевле, чем их очистка до требований к выпуску в водный объект.