Литература

1.Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы.- Л.: Гидрометеоиздат,1985. – 272с.

2.Н.А.Бурков. Прикладная экология. Учебное пособие для специалистов- экологов и студентов вузов. – Киров: Вятка, 2005. -272с.

3. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух.– М.: НИИ охраны атмосферного воздуха, 2005.

4. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. Учебное пособие для инженера-эколога. Под ред. проф. А.Ф. Порядина и А.Д. Хованского. –М.: НУМЦ Минприроды, изд. Дом «Прибой», 1996. –350 с.

5. Перечень документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух, действующих в 2001 – 2002 годах. Бюллетень «Охрана атмосферного воздуха» № 2 (8). – СПб.: Издательство «СПбИРАВ», 2001 г. – 84 с.

6. Аннотированный справочник основных документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух. – НИИ Атмосфера, – СПб.: 2001 г. – 66с.

7. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных, веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). – Л., 1987.

8. Сборник законодательных, нормативных и методических документов для экспертизы воздухоохранных мероприятий. – Л. Гидрометеоиздат, 1986 г. 318 с.

9. ГН 2.1.6. 1983-05. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест (дополнения и изменения к ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»)/ Собрание законодательства РФ. М.: 2000, № 31 ст.3295.

10. ГН 2.1.6.695-98. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Гигиенические нормативы. Минздрав России,- М.: 1998г с 55-57.

Раздел 2

ОХРАНА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

2.1 РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ

ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ

ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ВЫПУСКОВ

2.1.1 Основные положения

Предельно допустимый сброс (ПДС) - 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. (ГОСТ 17.1.1.01-77)

Предельно допустимая концентрация вещества в воде (ПДК) - концентрация вещества в воде, выше которой вода непригодна для одного или нескольких видов водопользования. (ГОСТ 27065-86)

Нормы качества воды - установленные значения показателей качества воды для конкретных видов водопользования. (ГОСТ 27065-86).

Нормы состава сточных вод - перечень веществ, содержащихся в сточных водах, и их концентрации, установленные нормативно-технической документацией. (ГОСТ 17.1.1.01-77).

Контрольный створ - поперечное сечение потока, в котором контролируется качество воды.

Фоновый створ - поперечное сечение потока, в котором определяется фоновая концентрация вещества в воде.

Фоновая концентрация - концентрация вещества, рассчитываемая применительно к данному источнику примесей в фоновом створе водного объекта при расчетных гидрологических условиях, учитывающая влияние всех источников примесей, за исключением данного источника.

Створ начального разбавления – поперечное сечение потока, отстоящее от оголовка рассеивающего выпуска на величину длины зоны начального разбавления.

Зона начального разбавления – относительное расстояние между оголовками рассеивающего выпуска.

Лимитирующий признак вредности – признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде (ГОСТ 17.1.01-77).

Величина предельно допустимого сброса (ПДС) определяется для всех категорий водопользователей как произведение максимального часового расхода сточных вод (q, м³/час) на концентрацию допустимого сброса загрязняющего вещества (С_СТ, г/м³).

. (2.1)

При расчете условий сброса сточных вод сначала определяется значение С_СТ, обеспечивающее нормативное качество воды в контрольном створе с учетом требований “Правил охраны поверхностных вод”[1], а затем определяется величина ПДС для каждого загрязняющего вещества.

Необходимо подчеркнуть обязательность требований увязки сброса массы загрязняющего вещества, соответствующей ПДС, с расходом сточной воды, т.к. уменьшение расхода при сохранении величины ПДС будет приводить к увеличению концентрации вещества в водном объекте.

Для определения значения С_СТ для взвешенных и растворенных консервативных веществ основная расчетная формула имеет вид:

(2.2)

где С_ПДК – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водного объекта, определенной категории водопользования (г/м³ или мг/л), для целей расчета по настоящей методике С_ПДК приведена в приложениях 13, 14;

С_Ф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке выше выпуска сточных вод, г/м³ или мг/л;

n – кратность общего разбавления сточных вод в водном объекте.

Для неконсервативных веществ расчетная формула имеет вид:

(2.3)

где К – коэффициент неконсервативности, показывающий скорость разложения вещества в воде, 1/сут;

Т – время добегания сточных вод от места выпуска до контрольного (расчетного) створа, сут.

Значение коэффициента неконсервативности (К) принимается по данным натурных наблюдений или по справочным данным (приложение 15) и пересчитывается в зависимости от температуры и скорости течения воды реки.

При установлении ПДС по показателю – биологическое потребление кислорода (БПК) расчетная формула имеет вид:

(2.4)

где К – осредненное значение коэффициента неконсервативности органических веществ, определяющих показатель БПК_П для водного объекта и сточных вод, 1/сут,

С_СМ – БПК_П, обусловленная органическими веществами, смываемыми в водосток атмосферными осадками с площади сбора на последнем участке перед контрольным створом длиной 0,5 суточного пробега. Величина С_СМ принимается: для равнинных рек, протекающих по территории, почва которой не слишком богата органическими веществами, - 1,7 – 2,0 г/м³, для рек болотного питания или протекающих по территории, с которых смывается повышенное количество органических веществ – 2,3 –2,6 г/м³.

При сборе сточных вод, имеющих загрязняющие вещества одного лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), входящая в формулы величина С_ПДК должна быть принята с учетом количества вещества одного ЛПВ, т.е. должны быть определены “локальные” ПДК:

(2.5)

где Z – количество вещества одного ЛПВ.

Определив допустимое содержание загрязняющих веществ к сбросу в водоем, необходимо установить степень очистки сточных вод.

Степень очистки сточных вод (С_ОЧ) определяется как разность между концентрацией загрязняющих веществ в сточных водах (С_СТ) и концентрацией, с которой они могут быть сброшены в водный объект (С_ПДС) при полном соблюдении всех нормативов ее качества

(2.6)

В соответствии с “Правилами охраны поверхностных вод” п. 2.3 для всех нормируемых веществ при рыбохозяйственном водопользовании, и для веществ, относящихся к 1 и 2 классам опасности, при хозяйственно-питьевом и культурно-бытовом водопользовании, при поступлении в водный объект нескольких веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности и с учетом примесей, поступающих в водный объект от вышерасположенных источников, сумма отношений концентраций (С₁, С₂…С_n) каждого из веществ в контрольном створе к соответствующим ПДК не должна превышать единицы:

. (2.7)

Прогнозирование санитарного состояния водного объекта в контрольном (расчетном) створе, при заданных количестве и составе сточных вод (q, С_СТ), при местных условиях возможного разбавления сточных вод (γ, Q) и исходного санитарного состояния водного объекта (С_Ф), может осуществляться по формуле:

(2.8)

где С_СК – максимальная концентрация вещества в контрольном (расчетном) створе;

Q – расчетный минимальный среднемесячный расход воды в водном объекте года 95%-ной обеспеченности, (м³/с),

q – максимальный среднечасовой расход сбрасываемых сточных вод за фактический период сброса сточных вод, (м³/час),

γ – коэффициент смешения, показывающий какая, часть речного расхода смешивается со сточными водами в струе расчетного створа.

2.1.2 Метод расчета разбавления сточных вод

Процесс разбавления определяется физическими процессами, протекающими в водной среде и определяемые гидродинамикой течения.

Кратность разбавления связана с коэффициентом смешения (γ) следующим приближенным значением:

,

где n – кратность общего разбавления сточных вод в водном объекте, равная произведению кратности начального разбавления (n_н) на кратность основного разбавления (n_о):

. (2.9)

Обычно в водном объекте различают зону начального разбавления, где процесс разбавления происходит вследствие вовлечения окружающей жидкости турбулентным струйным потоком, образующимся при истечении сточных вод из оголовка выпуска, и зону основного разбавления, где разбавление происходит за счет течений и турбулентного обмена в окружающей жидкости. Количественный учет влияния начального и основного разбавлений производится через кратность начального (n_н) и основного (n_о) разбавлений.

Начальное разбавление (n_н) рекомендуется учитывать при выпуске сточных вод в следующих случаях:

- для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соотношении скоростей потока V_Р и выпуска V_О/ V_О ≥ 4V_Р;

- при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска, больших 2 м/с; при меньших скоростях расчет начального (n_н) разбавления не производится.Кратность основного разбавления (n_o) определяется по методу В.А.Фролова – И.Д.Родзиллера

(2.10)

(2.11)

где . (2.12)

L – расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до рассматриваемого контрольного створа, м;

α – коэффициент, учитывающий гидравлические условия смещения, определяемый по формуле

(2.13)

где φ – коэффициент извилистости, равный отношению расстояния по фарватеру L_Ф (от места выпуска сточных вод до рассматриваемого створа) к расстоянию между этими створами по прямой L_П.

(2.14)

где ξ – коэффициент, зависящий от расположения выпуска сточных вод в водоток (при выпуске у берега ξ равен 1, при выпуске сточных вод в стрежень реки ξ равен 1,5);

D – коэффициент турбулентной диффузии, м²/с, определяется по формуле

(2.15)

где g – ускорение свободного падения, 9,81 (м/с²);

V – средняя скорость течения реки (м/c);

H – средняя глубина реки, (м);

– коэффициент Шези (м^0,5/с), определяемый по формуле Н.Н.Павловского [3] или таблицам. Коэффициент Шези связан с гидравлическим радиусом потока и с коэффициентом шероховатости ложа реки, определяемым по таблицам.

Для летних условий гидравлический радиус R ≈ H (средняя глубина реки).

µ – функция коэффициента Шези, при ≤60 µ =0,7 ∙ +6, при >60 µ=48.

Для повышения точности расчетов вместо средних значений V, H, рекомендуется брать их значения в зоне непосредственного смешения сточной жидкости с речной водой.

Для облегчения расчетов в приложении приводятся численные значения величины β в зависимости от значения .

ПРИМЕР 2.1

Определить кратность разбавления сточных вод в расчетном (контрольном) створе. Контрольный створ находится на расстоянии (L) 500 м от места выпуска сточных вод. Сброс сточных вод осуществляется через сосредоточенный выпуск, расположенный: а) в стрежне реки, б) у берега при следующих данных: расход сточных вод (q) 0,4 м³/с; расход реки, соответствующий году 95 % обеспеченности, (Q) 120 м³/с, средняя скорость в реке (V_р) 0,35 м/с; средняя глубина (H) 3 м; коэффициент Шези ( ) 47,6 м^0.5/с; скорость истечения сточной воды из выпуска 0,6 м/c (V_o).

РЕШЕНИЕ

1. Определяем необходимость расчета начального разбавления по соотношению

. V_o=0,6, что меньше 4V_p, поэтому для приведенного примера расчет начального разбавления не требуется.

2. По формуле 2.15 определяем коэффициент турбулентной диффузии

м²/c.

3. Определяем коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения α по формуле 2.13 при этом учитываем, что коэффициент извилистости φ = 1. Определение ведем по двум заданным вариантам:

а) м^-1/3

б) м^-1/3

4. По формуле 2.11 определяем коэффициент смешения γ,

а)

б)

По формуле 2.10 находим кратность разбавления

а)

б)

ЗАДАНИЕ 2.1

Определить кратность разбавления сточных вод.

Исходные данные по приложению 10.

ПРИМЕР 2.2

Определить нормативы предельно-допустимого сброса для предприятия, имеющего расход сточных вод – 0,2 м³/сек. Содержание загрязняющих веществ в сточной воде: хлоридов – 120 мг/л; взвешенных веществ – 50 мг/л, сульфатов – 80 мг/л, сухого остатка – 148 мг/л; БПК_n – 190 мг/л; свинца – 3,5 мг/л; нитритов – 6,5 мг/л; цинка – 6 мг/л; нитратов – 129 мг/л.

Сброс сточных вод осуществляется в реку ниже границы города. Ниже выпуска сточных вод на прямом участке реки на расстоянии 5 км находится населенный пункт, который использует воды реки для культурно-бытовых целей.

Средний расход воды в реке (Q) составляет 60 м³/сек, средняя скорость V=0,3 м/с, средняя глубина – 1,2 м, коэффициент Шези – 34,4 м^0,5/с. Содержание загрязняющих веществ в реке (фоновая концентрация) – БПК_n – 2,9 мг/л, взвешенные вещества – 1,5 мг/л, цинк – 0,1 мг/л, свинец – 0,01 мг/л, нитраты – 42 мг/л, нитриты - 1,5 мг/л, сульфаты- 380 мг/л, хлориды- 210 мг/л.

Выпуск сточных вод осуществляется в стрежень реки.

РЕШЕНИЕ

1. Определение условий сброса сточных вод завода.

Для определения необходимой степени очистки сточных вод перед сбросом в реку необходимо определить кратность разбавления у ближайшего пункта водопользования.

Определяем коэффициент турбулентной диффузии

,

где =34,4 м^0,5/с.

м^0,5/с.

м²/с.

Учитывая, что участок реки от места сброса до населенного пункта – прямой, а выпуск сточных вод осуществляется в стрежень реки, принимаем коэффициенты , а φ = 1, тогда

.

Для определения величин предварительно находим

,

где 4000 – расстояние (в метрах) от места выпуска сточных вод до контрольного створа, расположенного на 1 км выше по течению от границы населенного пункта.

Пользуясь приложением 16, находим

Находим коэффициент смешения

Этому значению коэффициента смешения соответствует кратность разбавления

.

2. Определяем допустимое содержание ЗВ в сточных водах (С_ПДС) без учета ЛПВ.

2.1. По общесанитарному признаку вредности в эту группу входят цинк и БПК_n, для этих веществ не определен класс опасности, поэтому С_ПДС рассчитываем без учета ЛПВ.

Используем формулу 2.4 для определения БПК_n –

,

где К – коэффициент неконсервативности для БПК_n, принимаем равным 0,23

(приложение 15);

C_ПДК = 6,0 мг/л; С_СМ = 1,7 г/м³; С_Ф = 2,9 мг/л;

t – время добегания от места выпуска до контрольного створа определяем по формуле:

Т= = =3,7 часа=0,15 суток;

С_ПДС = 20 ∙ ((6,0-1,7)∙2,72^0,23-0,17– 2,9) + 2,9 = 20 ∙ (4,3∙2,72^0,0391– 2,9)+2,9 = 34,34 мг/л.

Определяем С_ПДС для цинка по формуле 2.2:

С_ПДС = n ∙ (C_ПДК - С_Ф) + С_Ф = 20 ∙ (1–0,1) + 0,1 =18,1 мг/л.

По органолептическому признаку вредности в эту группу входят хлориды и сульфаты. Определение их С_ПДС ведем по основной формуле 2.2 (без учета ЛПВ).

.

Для хлоридов С_ПДС=16,3 ∙ (350-210)+210 = 2492 мг/л.

Для сульфатов С_ПДС=16,30 ∙ (500-380)+380= 2336 мг/л

3. Определяем допустимое содержание ЗВ в сточных водах (С_ПДС) с учетом ЛПВ.

3.1. По санитарно-токсикологическому признаку вредности.

Группу составляют следующие вещества – свинец (2-го класса опасности) нитраты (3 кл. опасности), нитриты (2 кл. опасности).

Учитывая требования [1] “Правил охраны поверхностных вод” п.2.3. при хозяйственно-питьевом и культурно-бытовом водопользовании учёт показателя ЛПВ осуществляется только для веществ 1 и 2 класса опасности, поэтому локальные определяем по формуле 2.5 только для двух веществ (свинца и нитритов), которые относятся ко 2 классу опасности.

Для свинца мг/л.

Для нитритов мг/л.

Определяем формуле 2.2:

.

Для свинца мг/л

Для нитритов мг/л.

Для нитратов мг/л.

Сравним полученные расчетные значения С_ПДС с фактическим содержанием загрязняющих веществ в сточных водах и откорректируем С_ПДС для расчета ПДС (таблица 2.1).

Применяя формулу [3], определим необходимую степень очистки (С_ОЧ).

Таблица 2.1

Определение степени очистки сточных вод

Наименование ЗВ	ССТ (фактическое), мг/л	СПДС (расчетное), мг/л	СПДС (принимаемое), мг/л	СОЧ, мг/л
БПКП	190	34,3	34,3	155,7
Хлориды	120	2492	120	-
Сульфаты	80	2336	80	-
Свинец	3,5	0,11	0,11	3,39
Цинк	6,0	18,0	6,0	-
Нитриты	6,5	206,4	6,5	-
Нитраты	120	120	120	-

Для примера 2.2 у некоторых загрязняющих веществ допустимое (расчетное) содержание в сточных водах значительно больше фактических значений. Для таких веществ (хлориды, сульфаты, цинк) при расчетах ПДС следует принимать меньшее значение содержания ЗВ в сточных водах, т.к. “если фактический сброс действующего предприятия меньше расчетного ПДС, то в качестве ПДС принимается фактический сброс” [2 ].

4. Определение предельно-допустимой массы сброса загрязняющих вредных веществ (ПДС).

Для расчета ПДС определяем часовой расход сточных вод

q = 0,2 м³/с ∙ 3600 = 720 м³/час.

4.2. Расчет ПДС:

БПК_П = 34,3 ∙ 720 = 24696 г/час,

Хлориды = 120 ∙ 720 = 86400 г/час,

Сульфаты = 80 ∙ 720 = 5760 г/час,

Свинец = 0,11 ∙ 720 = 79,2 г/час,

Цинк = 6,0 ∙ 720 = 4320 г/час,

Нитриты = 6,5 ∙ 720 = 4680 г/час,

Нитраты = 120 ∙ 720 = 86400 г/час.

5. Вывод:

5.1. Предприятию устанавливается предельно допустимый сброс загрязняющих веществ при объёме сточных вод 0,2 м³/с (720 м³/час):

БПК_П = 24696 г/час,

Хлориды = 86400 г/час,

Сульфаты = 5760 г/час,

Свинец = 79,2 г/час,

Цинк = 4320 г/час,

Нитриты = 4680 г/час,

Нитраты = 86400 г/час.

5.2. Необходима очистка сточных вод по БПК_П, свинцу и нитратам до показателей С_ПДС.

ЗАДАНИЕ 2.2

1. Определить нормативы ПДС для водопользователя.

Исходные данные по приложению 11.

2. Определить необходимую степень очистки сточных вод.

Исходные данные по приложению 11.

ПРИМЕР 2.3

Определить соответствие природоохранным требованиям сброса сточных вод предприятия. Исходные данные согласно примеру 2.2.

РЕШЕНИЕ

Следуя требованиям [1, 2, 4] - для всех нормируемых веществ при рыбохозяйственном водопользовании и для веществ, относящихся к 1 и 2 классу опасности при хозяйственно-питьевом и культурно-бытовом водопользовании, при поступлении в водные объекты нескольких веществ с одинаковым ЛПВ, сумма отношений концентраций (С₁,С₂,…С_n) каждого вещества в контрольном створе к соответствующим ПДК не должна превышать единицы:

.

П.2.4. [1] определяет второе условие сброса сточных вод – «при сбросе сточных вод, влияющих на состояние водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых целей, нормы качества воды водоема или ее природный состав и свойства (в случае превышения этих норм) должны выдерживаться в водоемах на участках в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования». Следовательно, в контрольном створе, расположенном на расстоянии 4 км от места выпуска сточных вод содержание 3В должно соответствовать ПДК_к-б.

1. Определяем содержание ЗВ в контрольном створе (С_КС).

Для этого используем формулу прогноза

.

Определение С_КС ведем для всех веществ. Из условия примера 2.2 выбираем необходимые данные:

Q = 60 м³/с, q = 0,2 м³/с,  = 0,065.

В качестве С_сm принимается С_ПДС.

Определяем :

Для БПК_П, если С_ф = 2,9 мг/л, С_ПДС=34,3 мг/л

Для хлоридов, если С_ф=210 мг/л, С_ПДС=120 мг/л

Для сульфатов, если С_ф = 380 мг/л, С_ПДС = 80 мг/л

Для свинца, если С_ф = 0,01 мг/л, С_ПДС = 0,11 мг/л

Для нитратов, если С_ф = 42 мг/л, С_ПДС = 120 мг/л

Для цинка если С_ф = 0,1 мг/л, С_ПДС = 6,0 мг/л

Для нитритов, если С_ф =1,5 мг/л, С_ПДС = 6,5 мг/л

2. Для проверки выполнения условий сброса сравним полученные данные о содержании ЗВ в контрольном створе с ПДК_к-б (таблица 2.2)

Таблица 2.2

Определение соответствия сброса сточных вод природоохранным требованиям

Наименование загрязняющего вещества	СКС(мг/л)	ПДКк-б (мг/л)	ЛПВ	Класс опасности
БПКП	4,43	6,0	-	-
Хлориды	205,6	350	-	-
Сульфаты	365,3	500	-	-
Свинец	0,015	0,03	сан.-токс.	2
Цинк	0,39	1,0	общесанитарный	-
Нитриты	1,74	3,3	сан.-токс.	2
Нитраты	45,8	45,0	сан.-токс.	3

3. Для свинца и нитритов, как для веществ 2 класса опасности с одинаковыми ЛПВ проверяем в контрольном створе выполнение отношения

,

.

Указанное отношение выполняется.

4. Вывод

При установленных нормативах сброса загрязняющих веществ со сточными водами в реку культурно-бытовой категории водопользования природоохранные условия предприятием выпол­няются.

ЗАДАНИЕ 2.3

1. Определить соответствие существующего сброса сточных вод предприятия природоохранным требованиям.

2. Выполнить прогноз содержания ЗВ в контрольном створе при установлении нормативов сброса сточных вод.

Исходные данные согласно приложению 11.