5

Министерство образования и науки Украины

Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры

Кафедра безопасности жизнедеятельности

и инженерной экологии

Методические указания к курсовой работе

по дисциплине «Нормирование антропогенной нагрузки на окружающую среду»

на тему:

УСТАНОВЛЕНИЕ НОРМАТИВА ПРЕДЕЛЬНО-ДОПУСТИМОГО СБРОСА (ПДС) ВЕЩЕСТВ, И ВСС (ВРЕМЕННО СОГЛАСОВАННОГО СБРОСА) ВЕЩЕСТВ ПОСТУПАЮЩИХ СО СТОЧНЫМИ ВОДАМИ ГКОС В ПОВЕРХНОСТНЫЙ ВОДНЫЙ ИСТОЧНИК (РЕКА)

Харьков-2002 содержание

Введение.

1. Правовые и методологические основы разработки и установления нормативов предельно допустимых сбросов (ПДС) и временно согласованных сбросов веществ с возвратными водами.

2. Количественная и качественная характеристика смеси сточных вод поступающих от предприятий на городские канализационные очистные сооружения.

3. Характеристика городских канализационных очистных сооружений.

4. Состав очищенных сточных вод, сбрасываемых ГКОС в поверхностный водоем (реку).

5. Обоснование и расчет значений ПДС и ВСС веществ со сточными водами, сбрасываемыми ГКОС в поверхностный водоем (реку).

6. Рекомендации и план мероприятий по достижению ПДС.

Литература.

Введение

Возвратные воды (сточные, шахтные, карьерные, дренажные), образующиеся в коммунально-бытовом, промышленном энергетическом и сельскохозяйственном секторах народного хозяйства, в большинстве своем после очистки поступают в поверхностные источники. Дождевые и талые воды с территории предприятий либо по ливневой канализации, либо по рельефу местности также поступают в поверхностные водные источники.

Сброс возвратных вод в поверхностные источники является специальным водопользованием, условия которого регулируются Водным Кодексом Украины и нормативными документами.

Охрана поверхностных вод от загрязнения возвратными водами организуется с целью обеспечения экологической безопасности человека, благоприятных условий водопользования и экологического благополучия водных объектов в соответствии с Законом Украины «Об охране окружающей природной среды» [1] и «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами» [3].

1. ПРАВОВЫЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ И УСТАНОВЛЕНИЯ НОРМАТИВОВ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ (ПДС) И ВРЕМЕННО СОГЛАСОВАННЫХ СБРОСОВ (ВСС) ВЕЩЕСТВ С ВОЗВРАТНЫМИ ВОДАМИ

Нормы и правила, которыми надлежит руководствоваться при осуществлении водоохранных мер, связанных со сбросом возвратных вод и связанных с этим действий по планированию, регулированию, контролю и учету, регламентируются Законом Украины «Об охране окружающей природной среды», Водным Кодексом Украины, «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами» (нормативный документ утвержденный постановлением КМУ от 25 марта 1999 г №465).

В соответствии с п.33 Закона Украины «Об охране окружающей природной среды», для предприятий-водопользователей, осуществляющих сброс возвратных вод в водные объекты, разрабатываются и утверждаются предельно-допустимые сбросы вредных (загрязняющих) веществ.

Предельно-допустимый сброс (ПДС) вещества - показатель максимально-допустимого в единицу времени количества (массы) вещества, отводимого вместе с водами в поверхностные воды, который с учетом установленных ограничений на сброс этого вещества из других источников загрязнения гарантирует соблюдение норм его содержания в заданных контрольных створах водного объекта.

Нормы качества воды представляют собой совокупность установленных допустимых значений показаний состава и свойства воды водных объектов, в пределах которых надежно предотвращается вред здоровью населения, обеспечиваются нормальные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта. Они включают в себя нормированные свойства воды, т.е. общие требования к физическим, химическим, биологическим характеристикам свойств воды (температуры, показателя рН, запахов, привкусов и пр.) и нормированные вещества, которые характеризуются нормами их содержания и предельно допустимыми концентрациями (ПДК) в воде водных объектов для разных категорий водопользования.

Нормы качества поверхностных вод устанавливаются для условий хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного водопользования.

При видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового назначения, нормы качества поверхностных вод должны выдерживаться на водотоке, начиная со створа, расположенного в одном километре выше ближайшего по течению пункта водопользования, вплоть до самого места водопользования, а на водоемах- на акватории в радиусе одного километра от пункта водопользования.

При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на рыбохозяйственные водные объекты, нормы качества поверхностных вод должны выдерживаться на протяжении всего участка водопользования, начиная с контрольного створа, определяемого в каждом конкретном случае природоохранными органами, не далее чем 500 м от места сброса сточных вод или расположения других источников загрязнения.

При выпусках сточных вод в черте населенных пунктов ПДС устанавливается на основе допустимых концентраций веществ, не превышающих норм содержания и ПДК их в водных объектах коммунально-бытового назначения.

При расчетах ПДС веществ используется совокупность фактических или расчетных исходных данных, включающая:

• гидрографические, морфометрические, расчетные гидрологические и гидрохимические характеристики водных объектов в расчетных (контрольных, фоновых и т.д.) створах, коэффициенты неконсервативности веществ в воде водных объектов;

• расчетные количественные и качественные характеристики основных генетических составляющих стока, которые формируются на участках бассейна между смежными створами: придонной составляющей (подземного питания и поверхностного стока с природных территорий водосбора), поверхностного стока с промышленно-жилых (застроенных) и сельскохозяйственных территорий;

• фактические и заданные (проектные) или расчетные затраты и состав сбрасываемых возвратных вод, отработанной воды водохранилищ и прудов, перебрасываемого стока, расходы водозаборов;

• места размещения водопользователей и других хозяйственных воздействий на водные объекты по гидрографической сети, требования водопользователей к качеству воды;

• технико-экономические характеристики реализованных, планируемых и возможных водо-охранных мероприятий.

Во всех случаях устанавливаемые ПДС веществ должны не превышать фактические сбросы и, независимо от ассимилирующей способности водных объектов, удовлетворять типовым условиям очистки для соответствующих категорий сточных вод.

Достижение величин ПДС требует значительных материальных затрат на реализацию водо-охранных мероприятий, поэтому при установлении их необходимо предусматривать оптимизацию затрат. Эта оптимизация достигается применением бассейнового принципа расчета ПДС, в основе которого лежит одновременный расчет ПДС для всех выпусков сточных вод в бассейне с учетом соблюдения предельно допустимых концентраций (ПДК) в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения между водопользователями допустимой к сбросу в водный объект массы загрязняющих веществ.

Установление ПДС и соответствующие им допустимые концентрации веществ в возвратных водах, действующие на период, согласованный с органами Министерства экологии и природных ресурсов Украины, являются основой для планирования водо-охранных мероприятий. Действующие предприятия-водопользователи, сбрасывающие возвратные воды с превышением установленных ПДС веществ, обязаны в сроки, согласованные с органами Минэкобезопасности, обеспечить разработку планов мероприятий по достижению ПДС. Указанные планы в полном объеме должны быть обеспечены финансовыми, материально-техническими, трудовыми и другими ресурсами.

В период реализации указанных планов или их отдельных этапов, соответствующий нормативным срокам продолжительности строительства и ввода в эксплуатацию, предприятия осуществляют сброс возвратных вод на основании разрешений, выдаваемых им органами Министерства экологии и природных ресурсов Украины. Лимиты временно-согласованного сброса (ВСС) веществ с возвратными водами, указываемые в этих разрешениях, устанавливаются по наилучшим результатам, которые могут быть достигнуты на выпуске возвратных вод исходя из наличия и правильной эксплуатации систем оборотного водоснабжения, очистных и других водо-охранных сооружений.

По мере осуществления отдельных этапов плана водо-охранных мероприятий по достижению ПДС веществ лимиты их сброса с возвратными водами должны быть пересмотрены в сторону уменьшения и назначения в соответствии с результатами, которые должны быть достигнуты за счет реализации мероприятий, предусмотренных планом.

В период выполнения плана в согласованные сроки и в установленном объеме при условии соблюдения ВСС на предприятия не налагается штрафных санкций.

Основным нормативным показателем, определяющим экологическое благополучие водного объекта, являются предельно допустимые концентрации ПДК загрязняющих веществ в водных объектах. В таблице 1 приведены ПДК для водных объектов различных категорий водопользования.

Выполнение нормативов ПДС веществ гарантирует, что в контрольных створах и пунктах водного объекта обеспечивается непревышение ПДК веществ, за исключением особых ситуаций, которые будут рассмотрены ниже.

Постановлением Кабинета Министров Украины от 11 сентября 1996 г. №1100 «О порядке разработки и утверждения нормативов предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ и перечень загрязняющих веществ, сброс которых нормируется» [4] определены методические основы разработки и установления предельно допустимых сбросов (ПДС) и временно согласованных сбросов (ВСС) загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты. Эти методические основы приведены в нормативном документе «Инструкция о порядке разработки и утверждения предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты с возвратными водами», утвержденной приказом Минэкобезопасности Украины от 15 декабря 1994 г. №116 [5]. Отдельные положения по расчету ливневых возвратных вод, очистке возвратных вод приведены в нормативных документах [5-14], указанных в списке литературы.

Поступающая с возвратной водой в водный объект масса веществ в единицу времени равна произведению концентрации этого вещества С, г/м³ на расход возвратной воды q, м³/час. Поэтому ПДС каждого вещества определяется как

, (1)

где - максимально допустимая концентрация -го вещества в сточных водах при их сбросе, соответствующая нормативу ПДС.

Таблица 1.

Нормы качества воды и предельно-допустимые концентрации (ПДК) некоторых загрязняющих веществ в воде водных объектов для хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного назначения, мг/л.

Показатель	Категория водопользования		Лимитирующий показатель вредности			Класс опасности	Категория водопользования		Лимитирующий показатель Вредности
	хозяйст-венно-бытовое водоснабжение	комму-нально-бытовое водопользование	обще-санитар-ный	санитар-но-токсико-логичес-кий	органо-лепти-ческий		сохранение и воспроизводство ценных пород рыб	общее рыбохо-зяйствен-ное водопользование	обще-санитар-ный	токсико-логичес-кий	санитарно-токсико-логичес-кий	органо-лепти-ческий	рыбохо-зяйст-венный
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Биологическая потребность в кислороде (полная при 20С )	3,0	6,0	-	-	-	-	3,0	6,0	-	-	-	-	-
ХПК	15	30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Растворенный кислород	4,0	4,0	-	-	-	-	летом 6,0 зимой 6,0	6,0 4,0	-	-	-	-	-
Взвешенные вещества (допустимое увеличение после сброса сточных вод)	+0,25	+0,75	-	-	-	-	+0,25	+0,75	-	-	-	-	-
Аммоний солевой (NH4+)	-	-	-	-	-	-	0,5 (0,39N)	0,5 (0,39N)	-	+	-	-	-
Аммиак (по азоту)	2,0	2,0	-	+	-	3	0,041	0,041	-	+	-	-	-
Нитрит-ион (NO2-)	3,3 (1,0N)	3,3 (1,0N)	-	+	-	2	0,08 (0,02N)	0,08 (0,02N)	-	+	-	-	-
Нитрат-ион (NO3-)	45 (10N)	45 (10N)	-	+	-	3	40 (9,1N)	40 (9,1N)	-	-	+	-	-
Нефтепродукты	0,3	0,3	-	-	+	4	0,5	0,5	-	-	-	-	+
Нефть многосернистая	0,1	0,1	-	-	+	4
Фенол	0,001	0,001	-	-	+	4	0,001	0,001	-	-	-	-	+
СПАВ	0,5	0,5	-	-	+	4	0,2	0,2	-	-	+	-	-
Минерализация	1000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Хлориды (CL-)	350	-	-	-	+	4	300,0	300,0	-	-	+	-	-
Сульфаты (SO4-)	500	-	-	-	+	4	100,0	100,0	-	-	+	-	-
Хром (Cr6+)	0,05	0,05	-	-	+	3	0,001	0,001	-	-	+	-	-
Хром (Cr3+)							0,005	0,005	-	-	+	-	-
Никель	0,1	0,1	-	+	-	3	0,01	0,01	-	+	-	-	-
Медь	1,0	1,0	-	-	+	3	+0,001	+0,001	-	+	-	-	-
Цинк	1,0	1,0	-	+	-	3	0,01	0,01	-	+	-	-	-
Железо	0,3	0,3	-	-	+	3	0,11	0,1	-	+	-	-	-
Свинец	0,03	0,03	-	+	-	2	0,1	0,1	-	+	-	-	-
Ртуть	0,0005	0,0005	-	+	-	1	Отс.	Отс.	-	+	-	-	-
Марганец	0,1	0,1	-	-	+	3	0,01	0,01	-	+	-	-	-
Фосфаты (PO4-)	3,5	3,5	-	-	-		3,12	3,12	-	-	-	-	-
Цианиды	0,1	0,1	-	+	-	2	0,05	0,05	-	+	-	-	-
Роданиды	0,1	0,1	-	+	-	2	0,05	0,05	-	+	-	-	-
ХОП (ГХЦГ)	0,004	0,004	-	-	+	1	Отс.	Отс.	-	+	-	-	-
Формальдегид	0,05	0,05	-	+	-	2	0,05	0,05	-	+	-	-	-
Метанол	3,0	3,0	-	+	-	2	0,1	0,1	-	-	+	-	-
РОП (хлорофос)	0,05	0,05	-	-	-	4	0,05	0,05	-	-	-	+	-
Калий							50	50	-	-	+	-	-
Кальций							180	180	-	-	+	-	-
Магний							40	40	-	-	+	-	-
Натрий							120	120	-	-	+	-	-

Так как для достижения нормативов ПДС веществ как правило, требуется проведение определенных технических и технологических мероприятий и время на их осуществление, на период времени до достижения ПДС устанавливаются менее жесткие, чем ПДС, нормативы временно-согласованного сброса (ВСС) веществ, обеспечивающие постепенное улучшение качества воды в контрольных створах или пунктах водного объекта. Необходимо отметить, что в «Правилах охраны поверхностных вод от зягрязнения возвратными водами» 1999 г. [3] не указывается об установлении нормативов ВСС, но и отмечаются требования постановления КМ №1100 [4], и на органы Министерства экологии и природных ресурсов возлагается проведение мер по охране водных объектов от загрязнения. Поэтому поэтапное достижение норм ПДС и соответствующие технические мероприятия остаются необходимыми

Сброс возвратных вод в водный объект ухудшает качество воды в водном объекте в результате поступления с возвратными водами вредных веществ. Такая же ситуация возникает и при сбросе загрязненного поверхностного (ливневого и талого) стока с территории промзон и городской застройки.

Задачей установления ПДС и является обеспечение таких условий в водном объекте- приемнике возвратных вод, когда поступление загрязняющих веществ с возвратными водами не приведет к ухудшению качества воды в контрольных створах или пунктах водного объекта сверх предельно допустимых показателей.

Разбавление возвратных вод в водном объекте является одним из главных факторов, позволяющих снизить концентрацию вещества в контрольном створе и достигать значений С_ПДС за счет смешения, разбавления и самоочищения. Поэтому очень важным при установлении ПДС являются гидрофизические характеристики водного объекта - приемника возвратных вод.

«Инструкцией...» [5] предусматриваются следующие характерные типы водных объектов, принимающих сточные (возвратные) воды:

-водотоки-реки при соотношении расхода реки и расхода сбрасываемой сточной воды:

0,00250,1 (2)

При этом для расчета смешения используется метод В.А.Фролова и И.О. Родзиллера [5]

-если приведенное соотношение ине выполняется, то для расчета смешения используется метод А.В. Караушева [5];

-водоемы (водохранилища, озера), когда разбавление возвратных вод происходит в результате диффузии [5];

-прибрежные зоны морей, когда разбавление происходит в результате диффузии при действии сил плавучести и ветровых течений [5].

Кроме гидрофизических характеристик водного объекта-приемника возвратных вод, на процесс разбавления существенно влияет конструкция выпуска возвратных вод (сосредоточенный или точечный, рассеивающий) и расположение выпуска по отношению к береговой линии.

Следовательно, для установления ПДС необходимо иметь информацию о гидрографических, гидрологических и гидрохимических характеристиках водного объекта-приемника возвратных вод.

В соответствии с этими данными определяются конкретные створы или пункты водного объекта и методика расчета ПДС веществ. В проекте гидрографические, гидрологические и гидрохимические характеристиках водного объекта представлены в исходных данных по вариантам (см. приложения).

Обязательной составляющей исходных данных для расчета ПДС веществ являются информация о расходах и режимах сброса и показателях качества сточных и других вод предприятий или ГКОС (городских канализационных очистных сооружений), а также водном хозяйстве, технологии водоотведения и очистки сточных вод для выбора наиболее приемлемых мероприятий по достижению нормативов ПДС веществ. Поэтому в проекте должна быть приведена исчерпывающая информация по этим вопросам.

До сброса возвратных вод в водном объекте имеют место фоновые концентрации веществи основным условием экологического благополучия водного объекта является

(3)

а разность определяет тот запас в существующих показателях качества воды водного объекта, который может быть использован для сброса веществ с возвратными водами и ассимиляции загрязняющих веществ в водном объекте.

При сбросе возвратных вод в контрольных створах и пунктах водного объекта концентрации -х нормированных веществвозрастут по отношению к фоновым, т.е.

, (4)

и при выполнении норматива ПДС должно быть выполнено главное условие

, (5)

а для нормированных веществ, относящихся к одному лимитирующему показателю вредности (ЛПВ), должно выполняться более жесткое условие

, (6)

где =1,2...-индекс веществ;

- количество веществ относящихся к данному ЛПВ.

Из приведенных данных следует, что при установлении ПДС для каждого вещества рассматриваются четыре концентрации: ,,.

Взаимосвязь этих концентраций определяется частным условием (5) или общим условием (6) и уравнением водного баланса и баланса -го вещества при смешении возвратной воды и воды водного объекта от места слияния этих потоков до их смешения в контрольном створе или пункте. Для консервативного вещества балансовое уравнение имеет следующий вид:

(7)

где- максимально допустимая концентрация-го вещества в сточных водах перед поступлением их в водный объект, мг/л;

- фоновая концентрация -го вещества в речной воде выше выпуска сточных вод, мг/л;

- нормируемая предельно допустимая концентрация -го вещества в воде поверхностных источников, устанавливается в зависимости от категории водопользования, мг/л.

Тогда

(8)

где - коэффициент смешения, определяющий ту часть расхода воды в реке, которая смешивается со сточными водами на расстоянии(в контрольном створе), и определяется соотношениями:

(9)

где - расстояние по фарватеру от выпуска сточных вод до контрольного створа, м;

- коэффициент учитывающий совокупное влияние гидравлических факторов

(10)

- коэффициент извилистости русла,(- расстояние от выпуска сточных вод до контрольного створа по прямой);

- коэффициент, зависящий от местоположения выпуска (для берегового выпускадля выпуска в стрежень реки),

- коэффициент турбулентной диффузии, определяемый соотношением:

(11)

где g - ускорение силы тяжести;

- среднерасходная скорость, м/с;

- гидравлический радиус;

- коэффициент шероховатости русла;

- коэффициент Шези.

Для равнинных рек коэффициент турбулентной диффузии может быть определен по зависимости М.В. Потапова

(12)

где - среднерасходная скорость, м/с;

- средняя глубина реки на рассматриваемом участке, т.е. между выпуском и контрольным створом, м.

Формула (8) может быть представлена в несколько ином, более общем виде:

, (13)

где - кратность общего разбавления возвратных вод в контрольном створе.

Кратность общего разбавления стоков в процессе перемешивания с речной водой может быть рассчитано методами различной степени сложности. Предлагаемые в работе [] методики основываются на схематизации, в соответствии с которой процесс разбавления идет в два этапа. На первом этапе происходит начальное разбавление стоков, вытекающих из выпуска со скоростью значительно превосходящей скорость течения в речном потоке. На втором этапе, когда скорость в струе сточной жидкости снижается до скорости течения в реке, процесс разбавления стоков происходит под действием турбулентной диффузии. Для расчета начальной степени разбавления и диффузионнойиспользуются известные эмпирические зависимости Лапшева, Фролова-Родзиллера и др.

Рис.___схема выпуска.

Кратность начального разбавления определяется с помощью зависимостей Н.Н. Лапшева для сосредоточенных и рассеивающих выпусков. По Н.Н. Лапшеву начальное разбавление стоков происходит в том случае и соответственно определяется для этого случая, когда скорость истечения струи превосходит 2 м/с и не менее чем в четыре раза превышает скорость речного потока. Участок начального разбавления ограничивается створом, в котором скорость течения в струе сточной жидкости становится сопоставимой со скоростью течения окружающего потока:

м/с

Предлагаемые Н.Н. Лапшевым зависимости в зависимости от исходных данных определяют значение начального разбавления в диапазоне:

По методу Фролова-Родзиллера, предполагается что сточные воды разбавляются только под воздействием речного потока и что начальное разбавление невелико. В этом случае оценивается кратность диффузионного разбавления через коэффициент смешения:

, (14)

Очевидно что, кратность общего разбавления будет определяется зависимостью:

(15)

В данном проекте кратность общего разбавления следует принимать без учета начального разбавления, т.е. .

Если вещество неконсервативно, т.е. претерпевает физико-химические или биохимические превращения за время протекания от места сброса до контрольного створа, то формула (13) примет вид

, (16)

где - безразмерный коэффициент учитывающий неконсервативность данного вещества;

- константа неконсервативности, 1/сут;

- время протекания смеси сточных вод и вод водного объекта от места сброса до контрольного створа, сут.

, (17)

Если в воде водного объекта присутствует природные компоненты вещества , т.е. концентрация вещества, обусловленная природными факторами, а концентрацияучитывает и природные и техногенные факторы, так что>, то формула (16) принимает вид

, (18)

В проекте данное обстоятельство учитывать не следует (для упрощения расчетов). В проекте в качестве неконсервативных загрязняющих веществ следует учитывать только органические вещества нормируемые по БПК_полн.

С учетом всего вышеизложенного балансовое уравнение для органических загрязнений по БПК примет вид

(19)

где - максимально допустимое БПК сточных вод перед поступлением их в водный объект, мг/л;

- БПК речной воды выше выпуска сточных вод, мг/л;

- нормируемое предельно допустимое значение БПК для поверхностных водных источников, устанавливается в зависимости от категории водопользования, мг/л;

,-безразмерные коэффициенты учитывающие неконсервативность органических загрязнений сточных вод и речной воды по БПК;

, - константы, учитывающие скорости биохимического потребления кислорода сточными водами и речной водой, зависящие в основном от температуры воды т.е., и увеличивающаяся по мере повышения температуры, (в проекте для упрощения=, т.е. температура смеси сточных вод и речной воды от выпуска до контрольного створа не изменяется), 1/сут.

Имеется эмпирическая формула Стриттера для определения . Так как БПК определяется в лаборатории при температуре воды 20°С, то

(20)

где -температура воды, °С;

- константа биохимического потребления кислорода при =20°С.

Рис.__. Зависимость по формуле Стриттера.

Тогда

(21)

Очевидно, что снижение концентраций органических веществ поступающих со сточными водами в водный объект обеспечивается как за счет разбавления, так и за счет процесса самоочищения. Основой процесса самоочищения являются процессы минерализации органических загрязнений проходящие в водных объектах в естественных условиях. В этих процессах участвуют различные компоненты водных экосистем, в частности фитопланктон – микроводоросли, макрофиты - высшие водные растения, перифитон, зоопланктон, бактерии. Все эти компоненты водных экосистем сложным образом взаимодействуя между собою, определяют самоочищающую способность водных объектов, формируя при этом совместно с другими факторами фоновое качество поверхностных вод. Все эти процессы носят динамический характер, поэтому вклад каждого компонента водных экосистем в самоочищение различен в зависимости от сезона года. Главное что сопровождает процесс самоочищения – это потребление растворенного кислорода компонентами водных экосистем. Процесс потребления растворенного кислорода в общем случае за какой-то период времени уравновешивается его синтезом в водной экосистеме и реаэрацией воды из приземного слоя атмосферы. Это равновесие является динамическим, а чрезмерное поступление органические вещества нарушает это равновесие, т.е. органические вещества лимитируют кислородный режим водного объекта, от которого зависит благополучное санитарное состояние данного водного объекта. Причем из практики известно, что если в течение первых двух суток содержание растворенного кислорода не уменьшится ниже 4 мг/л, то в дальнейшем снижения концентрации растворенного кислорода вообще не произойдет. На рис.__ представлен ход изменения содержания растворенного кислорода в реке. В настоящее время роль реаэрации и роль синтеза в пополнении растворенного кислорода оценивается неоднозначно.

Рис.__. Изменение кислородного баланса в водоеме при одновременном потреблении кислорода и его растворении.

1- потребление кислорода на биохимическое разложение органических веществ, 2- процесс растворения кислорода (реаэрация), 3- суммарный процесс растворения и потребления кислорода, 4- критическая точка.

Растворимость кислорода в воде, зависит от температуры воды и давления. Также растворимость кислорода зависти от величины поверхности соприкосновения фаз – кислорода и воды. Эта поверхность в реках увеличивается за счет турбулентности потока. На рис.__ представлена максимальная растворимость кислорода в дистиллированной воде в зависимости от температуры воды

Рис.__. Максимальная растворимость кислорода в дистиллированной воде.

При сбросе сточных вод возможна ситуация когда в смеси сточных вод и речной воды в какой –то точке реки может наблюдаться дефицит растворенного кислорода. Не вдаваясь в подробности, следует отметить, что процесс потребления кислорода и процесс реаэрации – это подобные процессы. Начальный дефицит растворенного кислорода определяется как разность между максимальной растворимостью (в мг/л для данной температуры) и фактической концентрацией растворенного кислорода в речной воде, т.е.

(22)

где - максимальная растворимость кислорода, мг/л;

- концентрация растворенного кислорода в речной воде выше выпуска сточных вод, мг/л;

Однако это дефицит вниз по течению реки будет увеличиваться и достигнет своего максимума в некоторой критической точке (минимального значения растворенного кислорода). Это уменьшение определяется по зависимости Стриттера-Фельпса

, (23)

где - БПК_полн смеси сточных вод и речной воды в начальный момент времени (непосредственно после сброса), определяемой по зависимости

. (24)

- константа скорости реаэрации кислорода, зависящая от условий перемешивания воды в водоеме, конфигурации русла, глубины водоема, температуры воды и т.д.

Для практических расчетов константа при 20°С принимается по таблице __.

Характеристика водоема	Величина
Водохранилища и слабо проточные водоемы	0,15
Реки со скоростью течения до 0,5 м/с	0,2
Реки со скоростью течения более 0,5 м/с	0,5
Малые реки с быстрым течением	0,8

Очевидно, что для определения критического времени , соответствующего минимуму содержания растворенного кислорода (максимального дефицита) необходимо взять частную производную(23) пои приравнять ее к нулю:

.

Тогда

. (25)

Определив можно определитьи затем найти значение концентрации растворенного кислорода в критической точке, и сравнив ее с нормируемой величиной, сделать вывод о соблюдении или несоблюдении санитарных норм в отношении кислородного режима. В проекте не является обязательным, но является желательным расчети проверка по этому условию соответствия.