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:
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:
Интегрируя это простейшее уравнение, легко найти:
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:
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:
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:
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).
Здесь g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести; - коэффициент Шези (м1/2/с), определяющий гидравлическое сопротивление русла. Коэффициент Шези определяется по формуле Шези:
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:
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 :
Приложение 3
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2609)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |