Охрана водоёмов от загрязнения сточными водами.

Загрязнение водоёмов может происходить естественным и искусственным путём. В первом случае загрязнения образуются за счёт отмирания животных и растительных организмов, населяющих водоёмы, а также загрязнения поступают в водоём с дождевыми водами, смывом с берегов грязь и с талыми водами. Во втором случае загрязнения поступают в водоём преимущественно со спускаемыми с.в.

В загрязнённых водах можно установить следующие характерные признаки:

1. Появление плавающих веществ на поверхности и отложение на дне осадков

2. Изменение физических свойств воды (прозрачность, окраска, привкус и запах)

3. Изменение химического состава воды (количество органических, минеральных веществ, рН, появление вредных веществ)

4. Уменьшение в воде количества растворённого кислорода

5. Изменение количества и видов бактерий

Загрязнённые водоёмы не могут использоваться как источник водоснабжения для питьевых и технических целей. Кроме того не может использоваться для купания, спорта, в них гибнет рыба. Наиболее сильное загрязнение вызывает ПСВ, нефть и нефтепродукты. Количество загрязнений, вносимых в водоём вместе со с.в. в результате сложных физических, химических и биохимических превращений, происходящих в водоёме, постепенно уменьшается.

Органические вещества загрязнений окисляются, минерализуются, кислоты и щёлочи нейтрализуются с образованием труднорастворимых соединений, которые выпадают на дно, радиоактивные вещества распадаются, т.е. водоём выступает как естественное ОС. Количество сбрасываемых загрязнений может очиститься водоёмом, а может и полностью не очиститься, а вызвать загрязнение водоёма. Необходим постоянный контроль за качеством воды. Способность водоёма ликвидировать поступающие в него со с.в. загрязнения носит название самоочищение водоёма. Процесс самоочищения зависит от многих факторов: скорости протока в водоёме усиливает его реаэрации; глубины водоёма и т.д. Процессы самоочищения водоёма делятся на 2 стадии:

1. Перемешивание загрязнённой струи со всей массой воды водоёма

2. Самоочищение в собственном смысле слова (минерализация органических веществ, отмирание бактерий)

В проточном водоёме внесённые с.в. вместе с разбавляющей речной водой продвигаются на некоторое расстояние. На этом расстоянии можно выделить следующие зоны:

1. Зона выпуска с.в.

2. Зона практически полного смешения с.в. с водой водоёма

3. Зона наибольшего загрязнения, в которой соединение растворённого кислорода, является одним из основных показателей состояния водоёма, минимальное

4. Зона восстановления, где заканчивается процесс самоочищения

При определении степени смешения нельзя принимать в расчёт весь расход водоёма. Т.к. вблизи места выпуска с.в. достаточно смешения ещё нет. Оно происходит га некотором расстоянии от места выпуска с.в. Чем больше разница между расходом с.в. и расход воды в водоёме, тем больше расстояние между местом выпуска и местом, где происходит практически полное смешение. Чтобы правильно оценить до какой степени нужно очистить с.в., чтобы не вызвать нарушение кислородного режима водоёма и не вызвать его загрязнение другими веществами, необходимо уметь рассчитать степень очистки. Расчёты по степени очистки основываются на определении коэффициента смешения с.в. с водой водоёма, который показывает какая часть воды водоёма участвует в разбавлении с.в. Коэффициент смешения для рек определяется по метод Фролова и Радзиллера:

(1)

е =2,17

L_ф – расстояние от створа выпуска с.в. до расчётного створа, можно по форватору

Q – наименьший среднемесячный расход воды в створе реки у места выпуска, м³/с

q - расход с.в., м³/с (средний)

α – коэффициент, учитывающий гидравлические формулы смешения:

(2)

(3)

φ – коэффициент извилистости реки.

L_пр – по прямой

ζ – коэффициент, зависящий от места выпуска с.в. в водоём.

При береговом выпуске ζ =1

При русловом ζ =1,5

Е – коэффициент турбулентной диффузии

- формула Маковеева (4)

Для равнинных рек: - формула Потапова (5)

v_ср - средняя скорость течения реки на участке между выпуском с.в. и расчётным створом

Н_ср – средняя глубина здесь же

с – коэффициент Шези:

(6)

i – уклон

m – коэффициент Буссинского, m =24.

Есть путь смешения состоящий из отдельных участков с резким изменением скорости и глубины, то Е следует определить по формуле:

(7)

Кратностью разбавления называют отношение расходов Q и q.

(8)

Для концентраций загрязнений эта формула может приобретать вид:

(9)

С_ст – концентрация загрязнения в с.в.

С_в – концентрация этого же загрязнения в водоёме

С_доп – дополнительная концентрация этого загрязнения в водоёме.

Реже используется метод Лапшова, учитывающий величину начального разбавления:

(10)

q_н – расход струи, получившей начальное разбавление, м³/с

q – расход

d₀ – диаметр отверстия выпуска,м

Н – глубина водоёма в месте выпуска

m – отношение скоростей речного потока и скорости выпуска с.в.

(11)

Составлены номограммы, по которым можно найти n_н по известным параметрам m и отношению .

Зная n_н можно найти полное разбавление:

n=n_н·n₀ (12)

n₀ – основное разбавление, его можно найти по формуле:

(13)

Чтобы начальное разбавление было более интенсивным необходимо при проектировании создавать скорость на выходе от 1,5 до 5 м/с и направлять струю из выпуска по направлению течения воды в водоёме.