методички / 3511 ЭИ

3511	МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
	ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности и экология»

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Методические указания к выполнению практических и самостоятельных работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей и форм обучения

Составитель: О. А. Трошкина

Самара

2014

1

УДК 656.2:628.5

Источники загрязнения водных объектов : методические указания к выполнению практических и самостоятельных работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей и форм обучения / составитель О.А. Трошкина. – Самара : СамГУПС, 2014. – 20 с.

В методических указаниях рассмотрены различные источники загрязнения вод, в разделе самостоятельной работы приведены задачи и методики их решения.

Утверждены на заседании кафедры 9 января 2014г., протокол № 5. Печатаются по решению редакционно-издательского совета института.

Составитель: Трошкина Ольга Александровна

Рецензенты: директор межрегионального центра «Охрана труда и промышленная экология» М.В. Смолев; доцент кафедры БЖДЭ, к.с.-х.н. Ю.А. Холопов

Под редакцией Б.А. Анфилофьева

Подписано в печать 23.04.2014. Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л. 1,25. Заказ 78.

Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Источники загрязнения водных объектов могут быть:

организованными, с локализованным местом поступления и устройствами для сброса (хозяйственно-бытовые стоки, промышленные сточные воды);

неорганизованными, не имеющими локализованного места сброса и устройств или приспособлений для сброса (лесосплавы, смывы удобрений с полей, заносы пестицидов при авиаобработках);

полуорганизованные, имеющие одно из двух перечисленных условий (смывы с территорий складов, предприятий транспорта и др.).

По времени действия загрязнение водоемов может быть: постоянным (поступающим в течение всей вегетационной части года);

периодическим (водоем не успевает восстанавливать свои свойства в промежутках между поступлением загрязняющих веществ);

разовым (водоем успевает восстанавливаться).

Характер влияния загрязняющих веществ на водоемы и водные организмы подразделяются на три основные группы, которые принято называть лимитирующими показателями вредности (ЛПВ).

1.Общесанитарный ЛПВ. Включает в себя изменение трофии водоемов, снижение концентрации растворенного кислорода, изменение солености и температуры среды, механическое загрязнение твердыми и жидкими веществами.

2.Токсикологический ЛПВ. Отражает прямое токсическое действие веществ на водные организмы.

3.Хозяйственный (рыбохозяйственный) ЛПВ. Показывает порчу товарного качества промысловых водных организмов.

Существует две группы нормативов для загрязняющих веществ, поступающих в водную среду.

1.Нормативы содержания загрязняющих веществ, при которых охраняемые свойства водоема не нарушаются, – предельно допустимая концентрация

(ПДК).

2.Нормативы поступления загрязняющих веществ, при которых сохраняются охраняемые данным нормативом свойства водоемов и их населения, –

предельно допустимый сброс (ПДС).

ПДК устанавливается по наименьшей пороговой концентрации с учетом следующих сторон действия: стабильности вредных веществ в воде, влияния их на санитарный режим (способность к самоочищению) водоемов, влияния на органолептические свойства воды, влияние на здоровье населения, использующего воду. Указанные показатели относятся к ПДКВ и считаются

3

санитарно-гигиеническими. Существует еще один вид ПДК, отражающий не только санитарно-гигиенические требования к качеству воды, но и экологические - ПДКР.В. (рыбохозяйственных водоемов).

Рыбохозяйственная ПДК – это такая максимальная концентрация загрязняющего вещества, при постоянном наличии которой в водоеме, не наблюдается отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема. Следует учитывать, что загрязняющие вещества в водоемах не всегда присутствуют постоянно. В этом случае используют значения предельно допустимых разовых концентраций (ПДРК). Это такая максимальная первоначально созданная в водоеме концентрация однократно попадающего туда вещества, при которой это вещество и вредные продукты его распада не вызывают отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема.

Рыбохозяйственное нормирование включает в себя следующие аспекты – оценки влияния вещества на гидрохимический режим водоема (концентрация растворенного в воде кислорода, окисляемость по Кубелю, БПК5 и БПК20, изменение содержания трех форм азота - ионов аммония, нитритов и нитратов), на кормовую базу рыб (водоросли, зоопланктон и бентос), на микроорганизмы, на рост и развитие рыбы (икру, молодь и взрослых особей), ее товарные качества, а также оценку скорости разрушения загрязняющего вещества.

По степени опасности загрязняющих веществ для ПДКР.В. подразделяются:

1)особоопасные (ПДК с содержанием загрязняющих веществ менее 0,0001 мг/л), предусматривающие отсутствие вредного вещества в воде;

2)опасные (токсичные, но стабильные), лимитирующиеся по ПДК;

3)токсичные (стабильные и не накапливающиеся);

4)экологические, лимитирующиеся по общесанитарному ЛПВ.

Вторым нормируемым показателем, используемым для охраны водной среды от загрязнений, является предельно допустимый сброс (ПДС). В соответствии с ГОСТом, под предельно допустимым сбросом веществ в водный объект понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

ПДС устанавливается с учетом ПДК веществ в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды.

При сбросе веществ с одинаковыми ПДК, ПДС устанавливается так, чтобы с учетом примесей, поступивших в водоем или водосток от вышерасположенных

4

выпусков, сумма отношений концентраций каждого вещества в водном объекте к соответствующим ПДК не превышала единицы.

Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предприятий и организаций, имеющих или проектирующих самостоятельные выпуски сточных вод в водные объекты, прежде всего в зонах повышенного загрязнения в целях соблюдения ПДК в контрольных створах водопользования. Утверждаются проекты ПДС органами природопользования, комитетом охраны природы. Величины ПДС действительны только на установленный период, после чего подлежат пересмотру.

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Вода употребляется во многих технологических процессах на железнодорожном транспорте и в процессе использования загрязняется различными веществами. В зависимости от характера производства требуется различное количество воды. Сточные воды – любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека

На предприятиях образуются сточные воды трех типов: бытовые, поверхностные и производственные.

Бытовые сточные воды предприятий образуются при эксплуатации на его территории душевых, туалетов, прачечных и столовых. Загрязнения бытовых стоков можно разбить на две группы: химические вещества и биологические загрязнения. Минеральные загрязнители: песок, глина, шлаки и органические вещества растительного и животного происхождения: остатки растений, плодов, злаков, овощей, бумага и т.д. Отработанные растворы моющих средств: мыла, детергенты (стиральные порошки, шампуни). Основу смесей моющих веществ составляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). К биологическим загрязнениям относят различные микроорганизмы, бактерии, вирусы, дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли т.д.

Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания дождевой, талой и поливочной водой примесей, скапливающихся на территории, крышах и стенах производственных зданий. Основными загрязнениями этих вод являются твердые частицы, нефтепродукты, а также органические и минеральные удобрения, используемые в скверах и цветниках предприятий. В числе загрязняющих веществ в поверхностных сточных водах обнаруживаются: тяжелые металлы, токсичные и нетоксичные органические вещества и микроорганизмы. Источниками этих загрязнителей служат производственные выбросы в атмосферу, выхлопные газы автотранспорта, экскременты птиц,

5

домашних животных, неприбранные кучи строительного и бытового мусора и другие объекты жизнедеятельности человека.

Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах, где происходит их загрязнение различными веществами. Их количество, состав и концентрация примесей определяется типом предприятия, его мощностью и видами используемых технологических процессов.

Все подразделения локомотивного и вагонного хозяйств обеспечивают подготовку к работе тягового подвижного состава, вагонов, их техническое обслуживание и ремонт. Большинство производственных операций связано с потреблением воды и образованием загрязнённых сточных вод. Производственные сточные воды локомотивных и вагонных депо образуются в процессе наружной обмывки подвижного состава, при промывке узлов и деталей перед ремонтом, в гальванических цехах или участках, при промывке и заправке аккумуляторов, регенерации фильтров, при продувке и промывке паровых котлов, мытья смотровых канав и стирке спецодежды.

Сточные воды пунктов обмывки пассажирских вагонов и электросекций содержат в основном взвешенные вещества и нефтепродукты, а также бактериальные загрязнения, смываемые при обмывке подвагонных узлов. В зависимости от вида применяемого моющего средства в стоках могут присутствовать кислоты, щелочи, поверхностно-активные вещества (ПАВ).

На пунктах подготовки грузовых вагонов сточные воды образуются при наружной обмывке и внутренней промывке вагонов из-под различных грузов (минеральные удобрения, химикаты, строительные материалы, комбикорма, зерно и др.).

Эти стоки загрязнены, как правило, тяжелыми минеральными примесями, содержат растворённые соли, нефтепродукты с ходовых частей, органические соединения животного или растительного происхождения, которые приводят к загниванию стоков.

Сточные воды промывочно-пропарочных станций (ППС) образуются при пропарке и промывке цистерн из-под нефти, дизельного топлива, мазута, керосина, бензина (в том числе этилированного), смазочных масел и других продуктов переработки нефти, а также при обмывке эстакад, лотков. Эти стоки загрязнены, главным образом, нефтепродуктами и взвешенными веществами, в них могут присутствовать фенолы, органические кислоты, ацетон, тетраэтилсвинец, ПАВ и т.д. Производственные стоки после наружной обмывки цистерн содержат, в основном, взвешенные вещества и нефтепродукты. Температура стоков обычно повышена (40–60 ° С).

Производственные сточные воды ШПЗ образуются при отстаивании обводнённого антисептика в хранилищах, работе паровых и вакуум-насосов при

6

пропитке, охлаждении конденсаторов и компрессоров, сбросе конденсата из подогревателей, мытье производственных помещений. Образующиеся стоки содержат механические примеси, масла, фенолы, жирные кислоты, ацетон и другие соединения, входящие в состав пропиточных масел и выделяющиеся из древесины. Значительная часть загрязнений находится в растворённом состоянии. Стоки ШПЗ имеют повышенную температуру (40–50 °С).

Дезинфекционно-промывочные станции предназначены для обработки вагонов после перевозки скота, птицы, кожсырья, шерсти, костей и пр. Сточные воды этих предприятий загрязнены остатками перевозимых грузов, веществами, применяемыми для дезинфекции вагонов (хлорная известь, каустическая сода и др.), в них могут присутствовать бактериальные загрязнения. По составу растворённых загрязнений эти стоки близки к бытовым стокам. В соответствии с санитарным состоянием промываемых вагонов образующиеся сточные воды подразделяются на три категории: воды от промывки вагонов после перевозки здоровых животных, мяса и кожсырья; воды от промывки вагонов после перевозки больных или подозреваемых в болезни животных, импортных животных и жирсырья и, наконец, воды после промывки вагонов, где находились животные, больные или подозреваемые в заболевании особо опасными болезнями (сибирская язва, ящур, сап), а также кожсырьё, не проверенное на возбудителей этих болезней.

Производственные сточные воды на щебеночных заводах образуются при промывке щебня, мокрой очистке воздуха от пыли в аспирационных системах, в гидрозатворах дробилок, при охлаждении маслохозяйства дробилок, обмывке ремонтируемого оборудования, уборке помещений. Преобладающим загрязнением стоков являются минеральные взвешенные вещества, в незначительных количествах могут присутствовать нефтепродукты.

На рельсосварочных поездах производственные сточные воды образуются при охлаждении сварочных и закалочных агрегатов, выпуске воды из моечных машин для обмывки старогодних замасленных рельсов. В качестве примесей стоки этих предприятий содержат, в основном, нефтепродукты и взвешенные вещества. При использовании моечных машин стоки могут загрязняться щелочами и поверхностно-активными веществами.

На пассажирских станциях образуются хозяйственно-бытовые сточные воды, загрязнённые минеральными и органическими примесями, включая жиры и моющие средства.

Помимо приведенных выше загрязняющих веществ, при ремонте подвижного состава в сточную воду попадают тяжелые металлы, которые образуются в основном в литейных, механических, кузнечных, гальванических цехах, на постах сварки, а также с различными стоками.

7

Литейные цеха. Вода используется при гидравлической выбивке стержней, транспортировке и промывке формовочной земли в отделениях регенерации, а также гидротранспорте отходов горелой земли. Образующиеся при выполнении этих операций сточные воды загрязнены глиной, песком, зольными остатками от выгоревшей части стержневой смеси и связывающими добавками формовочной смеси и оксидом железа (Fe203). Концентрация этих веществ зависит от применяемого оборудования и исходных формовочных материалов и может достигать 5 кг/м3. Доля оксида железа составляет 2 %.

Кузнечнопрессовые участки. Основными загрязнителями воды, используемой для охлаждения технологического оборудования и поковок, являются частицы пыли, окалины и масла. Их концентрация составляет 0,1–0,2 %.

Механические цеха. Вода используется для приготовления смазочноохлаждающих жидкостей, промывки окрашиваемых изделий, для гидравлических испытаний и обработки помещения. Основными загрязняющими компонентами воды являются пыль, металлические и абразивные частицы, а также масла, растворители и краски.

Термические участки. Вода используется на этих участках для приготовления технологических растворов, при закалке, отпуске и отжиге деталей, при промывке деталей и ванн после сброса отработанных растворов и для обработки помещения. В сточных водах термических участков содержится пыль минерального происхождения с концентрацией 0,05 – 0,025, окалина 0,02 – 0,03, тяжелые металлы 0,03 – 0,15 кг/м3. Возможно также присутствие щелочей, кислот и цианидов.

Втравильных и гальванических участках вода используется для приготовления технологических растворов, применяемых при травлении материалов и деталей и нанесения на них покрытий, а также для промывки деталей и ванн после сброса отработанных растворов и обработки помещения. Основными компонентами сточных вод являются пыль и металлическая окалина

сконцентрацией от 0,4 до 20 кг/м3, тяжелые металлы до 10 кг/м3, а также эмульсии, щелочи, кислоты и цианиды.

Вводостоки тяжелые металлы попадают из различных типов источников. К ним относятся ливневые воды, канализационные и условно-чистые промышленные воды.

Суммарное поступление химических элементов с 1 км2 производственной территории в год превышает фоновое. Особенно оно имеет большое значение для цинка и кадмия, имеющих коэффициент концентрирования в 13 и 11 раз, соответственно, выше фонового. Меньшее значение коэффициента концентрирования имеет медь, олово, хром, свинец, никель, марганец.

8

Большая часть тяжелых металлов попадает в гидросферу из ливневого стока: до 85 % цинка, 68 % свинца, 50–80 % кадмия, меди и марганца, около 40 % молибдена и никеля. С канализационным стоком поступает 53 % олова и 55 % хрома, а содержание остальных элементов не превышает 10–20 %. Условно чистые промывные воды содержат незначительное количество тяжелых металлов. Для таких элементов, как медь, кадмий, никель оно составляет около 5 %, а для остальных около 1 %. Таким образом, ливневый поверхностный сток является основным источником попадания тяжелых металлов в водоемы. Это определяется его составом, который образуется за счет смыва почв, пыли с асфальтированных поверхностей, эрозии зданий и сооружений, размыве небрежно хранящихся материалов.

Тяжелые металлы поступают в грунтовые воды также со свалок и полигонов, на которых хранятся промышленные и твердые бытовые отходы. В толще свалки обычно формируется техногенный водоносный горизонт, уровень которого превышает уровни нижележащих водоносных горизонтов. Это связано с наличием в подошве свалки слабопроницаемого слоя, образовавшегося вследствие скопления тонкодисперсных фракций грунта и значительным инфильтрационным питанием по площади свалки. За счет этого процесса образуется фильтрат – уникальный по своей токсичности раствор с высокой общей минерализацией и большими концентрациями тяжелых металлов. Содержание металлов в нем достигает по мышьяку 2–240, свинцу 4,3–650,

кадмию 0,2–2000, меди 1,3–8000, никелю 14,2–30000, ртути 0,17–50,

цинку 20–27242 мкг/л, а для хрома и железа даже 300 и 2700 мг/л. Производственные, хозяйственно-бытовые и поверхностные воды подлежат

очистке. Существует три общепринятых метода очистки сточных вод: механический, физико-химический и биологический.

Самостоятельная работа

Задача №1. Рассчитать кратность разбавления для выпуска сточных вод (СВ), расположенного на водоеме.

Исходные данные						Варианты
	1	2	3		4	5	6	7	8	9	10
Расчетный расход СВ qСВ, м3/с	0,087	0,09	0,085		0,088	0,086	0,091	0,087	0,092	0,085	0,09
Вид водопользования					рыбохозяйственное
Тип выпуска СВ				отдельный сосредоточенный
Скорость потока в выходном	2,5	2,4	2,6		2,3	2,7	2,5	2,2	2,4	2,7	2,6
сечении выпуска С, VВЫХ , м/с
Средняя глубина водоема Н,м	4	3,5	4,2		3,6	4,3	3,7	4	4,1	4,4	3,9
Средняя многолетняя скорость	6	5	7		6,2	5,5	7,1	5,3	5,8	6,1	6,3
ветра над водой Va, м/с

9

Указания к решению задачи

1. Кратность начального разбавления (пНР) определяется по зависимости для случая выпуска в верхнюю треть глубины водоема:

		q		СВ	0,00215 V	H 2
nНР					a			,
		q	СВ		0,000215 V		H 2
						a

где Vа – средняя многолетняя скорость ветра над водой, м/с; Н – средняя глубина водоема на участке сброса и распространения СВ, м.

2. Кратность основного разбавления (пOР) определяется по формуле:

						0.627 0,0002		l
	1 0,412		l				6,53H 1,17
nОР								,
			6,53H	1,17

где l – расстояние от выпуска СВ до расчетного створа, м. Определяется по приложению 1.

3. Кратность общего (суммарного) разбавления (n)определяется по формуле n = nНР·nOР ,

где nНР – кратность начального разбавления, обусловленная более интенсивным разбавлением в зоне начального разбавления; nОР – кратность основного разбавления.

4. Сделать выводы.

Задача № 2. Шпалопропиточный завод сбрасывает сточные воды в

	проточный водоем рыбохозяйственного				назначения. Определить концентрацию
	вредных веществ в сточной воде.
	Исходные данные					Варианты
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Максимальный расход	0,035	0,32	0,029	0,026	0,022	0,020	0,018	0,017	0,016	0,015
	сточных вод, q, /c
	Вредное вещество,	Взвешенные вещества	Нефтепродукты	БПКп	Фенолы	Железо	Сульфаты	Хлориды	Азот аммонийный	Нитраты	ХПК
	содержащееся в сточных
	водах
	Средняя скорость	2,0	1,9	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1
	потока,
	Средняя глубина реки,	3,5	3,2	3,0	2,8	2,6	2,5	2,4	2,3	2,2	2,1
	НСР
	Расчетный максимальный	38	36	34	32	30	28	26	24	22	20
	расход реки Q, м³/с
	Фоновые концентрации
	вредных веществ в воде	0,6	0,03	5,0	0,001	0,05	700	250	0,2	7,0	20
	водоема СФ, мг/л

10