-
Расчет разбавления сточных вод. Процессы самоочищения в водной среде.
Разбавление сточных вод — это процесс уменьшения концентрации примесей в водоемах, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются. Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется кратностью разбавления.
На данный момент времени используется много разнообразных упрощенных методов, которые тесно связаны с типом водного объекта и особенностями его водного режима. В частности для расчета разбавления сточных вод на реках используются следующие аналитические методы:
1) метод Лапшева
2) экспресс метод ГГИ
3) метод Фролова-Родзиллера.
Метод Лапшева
В настоящее время для сброса сточных вод в реки используются рассеивающие водовыпуски, которые обеспечивают ускорение процесса разбавления. Основными факторами, определяющими ускорение процесса разбавления являются:
1 – рассредоточение сброшенных загрязняющих веществ по всей ширине реки;
2 – специальная конструкция сбросного сооружения.
Формирующаяся ниже по течению от такого сбросного сооружения зона называется зоной начального разбавления сточных вод, в которой процесс разбавления происходит по причине увлечения окружающей жидкости турбулентным струйным потоком, который образуется при истечении сточной воды из оголовка водовыпуска. Интенсивность разбавления в данной зоне зависит от:
1 – конструкции оголовка;
2 – планового и высотного положения оголовка в потоке;
3 – диаметра оголовка;
4 – от скорости истечения сточной жидкости.
Метод Лапшева позволяет рассчитать: кратность начального разбавления, протяженность зоны начального разбавления (в м), максимальную концентрацию загрязняющих веществ в конце зоны начального разбавления.
Было установлено что начальное разбавление сточных вод формируется при следующих условиях:
1) скорость истечения сточной жидкости – Vст ≥ 2м/с;
2) Vст ≥ 4Vср в потоке (средняя скорость в реке при определенном расходе воды)
Sn = SpQp+ ScpQсв/Qp+Qсв
Максимальная концентрация загрязняющих веществ которая сложилась в конце зоны начального разбавления:
Smax
= 
, (мг/л)
Sср,Н
= 
, (мг/л) Sст
= 100 (мг/л).
Экспресс-метод ГГИ
В государственном гидрологическом институте для расчета разбавления сточных вод в реках был разработан так называемый экспресс-метод ГГИ основанный на аналитической аппроксимации схемы решения уравнений турбулентной диффузии. В соответствии с данным методом расчет концентраций какого-либо загрязняющего вещества в створе расположенном на заданном расстоянии от места выпуска сточных вод в реку
Кроме того этот метод позволяет найти расстояние от места выпуска (L) на котором произойдет снижение максимальных концентраций загрязняющих веществ до безопасных значений:
Метод Фролова-Родзилера
Данный метод является одним из наиболее распространенных в практике гидрохимических расчетов, но его можно использовать только если соблюдаются следующие условия: 0,0025 ≤ Qст ≤ 0,1*Qр
Расчет максимальной концентрации какого-либо загрязняющего вещества на заданном расстоянии от места выпуска сточных вод в реку выполняется по следующей формуле:
Smax
= 
,
(мг/л)
Данный метод позволяет определить расстояние от места выпуска сточных вод до створа достаточного перемешивания. Степень перемешивания сточных вод с речной водой лежит в диапазоне от 80 до 90%. В этом случае максимальная концентрация загрязняющих веществ не значительно отличается от средних концентраций по ширине реки. По условиям степень перемешивания: р = 85%
L85
= 
3,
(мг/л)
Процессы самоочищения в водной среде. Вода имеет чрезвычайно ценное свойство — постоянно самосовершенствоваться под воздействием солнечной радиации и самоочистки. Последнее заключается в перемешивании загрязненной воды со всей её массой в водном источнике и последующем процессе минерализации органического вещества и отмирании бактерий. В естественной самоочистке воды принимают участие бактерии, грибы, водоросли. Установлено, что в процессе бактериальной самоочистки через 24 часа остается не больше 50 % бактерий, через 96 час. — 0,5 %. Для самоочистки загрязненной воды необходимо многоразовое разбавление её чистой водой. В случае сильного загрязнения самоочистка воды не происходит, поэтому нужны специальные мероприятия и методы по ликвидации загрязнений, которые поступили со стоковыми водами.
После прохождения загрязненных вод через очистные сооружения далеко не всегда достигается полная их очистка. Таким образом, важнейшая функция природных экосистем - окончательная очистка вод.
Очищение водной среды включает в себя:
- физические и физико-химические процессы , в том растворение и разбавление;
вынос загрязняющих веществ (ЗВ) на берег и в сопредельные водоемы; сорбцию ЗВ
взвешенными частицами с последующей седиментацией; сорбцию ЗВ донными осадками;
испарение ЗВ;
- химические процессы, в том числе гидролиз ЗВ; фотохимические превращения;
редокс-каталитические превращения; превращения с участием свободных радикалов;
связывание ЗВ растворенными органическими веществами (РОВ), ведущее к уменьшению
токсичности ЗВ; химическое окисление ЗВ с участием кислорода;
- биологические процессы , в том числе сорбцию и накопление гидробионтами ЗВ и биогенов; биотрансформацию (редокс-реакции, разрушение, конъюгация); минерализацию органического вещества; внеклеточную ферментативную трансформацию ЗВ; удаление взвешенных частиц и ЗВ из столба воды в результате фильтрации воды гидробионтами; удаление ЗВ из столба воды в результате сорбции пеллетами,
экскретируемыми гидробионтами; поглощение бентосом биогенов, ведущее к предотвращению или замедлению выхода биогенов и ЗВ из донных осадков в воду; биотрансформацию и сорбцию ЗВ в почве - при поливе земель загрязненными водами; регуляторные воздействия на другие компоненты системы самоочищения воды, в том числе на организмы.
В процессах, которые формально относятся к физическим или химическим, на самом деле существенную роль играют биологические факторы . В самоочищении участвуют практически все группы гидробионтов, включая микроорганизмов. Скорости распада ЗВ формируются с участием практически всех компонентов экосистемы и рассматриваются в качестве одной из ее интегральной характеристик.