Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь

Расчет разбавления и самоочищения сточных вод в реке




 

Рассмотрим следующую ситуацию: в реку сбрасывается сточная вода, в которой присутствует загрязняющее вещество (ЗВ) с концентрацией Сзв. Источник загрязнения рассматривается как точечный. Будем полагать, что это же загрязняющее вещество присутствует в реке изначально и его концентрация в створе выше места поступления сточных вод равна Сф.

Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества, определяемая как средняя величина концентраций, измеряемая при неблагоприятных или некоторых заданных гидрологических условиях.

Створ реки ниже точки сброса, где в результате перемешивания концентрация загрязняющего вещества практически сравнивается с фоновой, отличаясь от нее не более, чем на 5-10%, называется створом полного перемешивания. Понятно, что расположение этого створа зависит от расхода воды в реке и ряда других причин.

Введем обозначения:

L – расстояние вниз по реке от места выпуска сточных вод;

CL – средняя концентрация загрязняющего вещества на расстоянии L.

Для того, чтобы определить во сколько раз уменьшилось превышение концентрации сточных вод в створе L над фоновой по сравнению с местом сброса, вводится отношение:

 

,   (47)

которое называют кратностью разбавления.

Концентрация загрязняющего вещества в воде может изменяться не только за счет разбавления, но и в результате процессов самоочищения. Удаление загрязняющих веществ может происходить по разным причинам. Это могут быть сорбция на взвешенных частицах и осаждение на дно, либо разложение в результате жизнедеятельности водной микрофлоры, окислительные и восстановительные химические процессы. Если вещество не участвует в таких превращениях, его называют консервативным, подчеркивая тем самым неизменность концентраций во времени. Для неконсервативных веществ вводится понятие коэффициента скорости самоочищения K (часто его называют коэффициентом неконсервативности). Как показывают многочисленные исследования, скорость убывания концентрации загрязняющих веществ со временем пропорциональна самой концентрации:



 

, где t – время (48)

 

Интегрируя это простейшее уравнение, легко найти:

, (49)

где

С0 – концентрация загрязняющего вещества в начальном створе реки;

CL – концентрация загрязняющего вещества на расстоянии L от начального створа;

t - время добегания воды от створа 0 до створа L (обычно измеряется в сутках; очевидно, что t = L/vср, где vср – средняя скорость течения реки на рассматриваемом участке).

Для створа, расположенного по реке ниже точки выпуска сточных вод, справедливо уравнение баланса веществ:

 

Qф ×Сф + Qзв×Сзв = (Qф + Qзв)×CL (50)
- для консервативного вещества;  
Qф ×Сф ×e-Kt+ Qзв×Сзв×e-Kt = (Qф + Qзв)×CL (51)
- для неконсервативного вещества.  

 

Уравнения (50), (51) имеют смысл для створа, расположенного ниже створа полного перемешивания. В левой части уравнений

Qф- расход воды в фоновом створе (м3/с);

Qзв – расход воды в трубе, сбрасывающей сточные воды (м3/с).

Очевидно, что Qф ×Сф – масса загрязняющего вещества, проходящая через сечение реки за единицу времени в фоновом створе; Qзв×Сзв - масса загрязняющего вещества, попадающая за единицу времени в реку со сточными водами. Понятно, что в створе L мы должны иметь сумму этих масс.

Из (50) и (51) можно найти соответственно искомые концентрации на расстоянии L от точки сброса:

(52)
- для консервативного вещества;  
(53)
- для неконсервативного вещества.  

Формулы (52), (53) также имеют смысл лишь для участков ниже створа перемешивания.

 

Наибольший интерес для оценки загрязнения представляет участок реки между выпуском сточных вод и створом полного перемешивания. Для того, чтобы определить концентрацию загрязняющего вещества в максимально загрязненной струе на этом участке, советский гидролог И.Д. Родзиллер предложил следующую формулу, справедливую для консервативного вещества:

(54)

Как видим, формула (54) очень похожа на (52), но в отличие от последней здесь введен коэффициент g, который показывает, какая часть расхода воды в реке участвует в разбавлении сточных вод (g называют коэффициентом смешения).

, (55)
где (56)
a - множитель, учитывающий гидравлические условия смешения, который определяется по формуле:
, (57)
x- коэффициент, зависящий от местоположения выпуска (x =1 при выпуске у берега; x =1,5 при выпуске на фарватере); j - коэффициент извилистости русла (определяется как отношение расстояния от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между этими пунктами по прямой);  
D – коэффициент турбулентной диффузии (м2/с)  
    (58)

Здесь

g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести;

- коэффициент Шези (м1/2/с), определяющий гидравлическое сопротивление русла.

Коэффициент Шези определяется по формуле Шези:

, (59)

где vср – средняя скорость течения (м/с);

I – уклон водной поверхности на рассматриваемом участке (отношение перепада высот в метрах на 1000 метров длины);

hср – средняя глубина реки (м).

 

Метод Родзиллера применим при 0,0025 <Qзв/Qф< 1,0.

В том случае, если рассматривается неконсервативное вещество, то по аналогии с формулой (53) можно записать:

(60)

Полученные формулы дают возможность определить концентрацию в максимально загрязненной струе на расстоянии L от точки сброса. Если на рассматриваемом участке находится пункт водопользования, например водозабор или пляж, то в створе этого пункта необходимо выполнение условия

,  

где ПДК - предельно допустимая концентрация.

Подставляя в (54) вместо величину ПДК и решая уравнения относительно Сзв, можно определить, какова допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах. Это позволяет подобрать необходимые способы очистки сточных вод, обеспечивающие допустимую концентрацию в сбросе :

(61)

Приложение 3





Читайте также:





Читайте также:
Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы...
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...

©2015 megaobuchalka.ru Все права защищены авторами материалов.

Почему 3458 студентов выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.005 сек.)