Расчет предельно допустимых сбросов вредных веществ в водные объекты с оборотными водами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Расчет ПДС вредных веществ в водные объекты с оборотными водами»

Введение

Урбанизация создает достаточно сложный комплекс проблем, среди которых одной из важнейших является экологическая проблема городской среды, а именно - загрязнение среды обитания. Стремительное развитие и расширение урбанизированных территорий оказывают отрицательное влияние на экологию городов, в том числе и на водные объекты. Водотоки и водоемы в пределах урбанизированных территорий все время испытывают мощное негативное воздействие процессов урбанизации как фактора техногенеза, являясь приемниками загрязняющих веществ, поступающих с очищенными сточными водами и поверхностным стоком.

Сброс сточных вод в водные объекты в пределах городской черты, согласно законодательству, запрещен. Имеющиеся в отдельных городах такие сбросы сегодня постепенно ликвидируются. Сточные воды отводятся на общегородские очистные сооружения, сброс из которых в реку расположен за пределами города. В случае сброса сточных вод в городские реки состав сбросных вод в месте выпуска должен соответствовать качеству воды водных объектов коммунально-бытового водопользования.

Нормирование сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду проводится в соответствии со ст. 33 «Экологические нормативы «Закона Украины» Об охране окружающей природной среды «путем установления предельно допустимых сбросов (ПДС) вредных (загрязняющих) веществ. 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.

Величины ПДС веществ устанавливаются для каждого отдельного выпуска сточных вод.

1. Характеристика общегородских очистных сооружений

Вода, поступающая в городскую систему водоотведения, обычно представляет собой смесь хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод. По системе водоотведения эти воды подаются на общегородские очистные сооружения. Если позволяет производительность этих сооружений, сюда же поступают частично или полностью дождевые и талые воды. Полный комплекс общегородских очистных сооружений включает блоки: механической и биологической очистки, доочистки, обеззараживания, обработки осадка (рис. 1.1).

Рисунок 1.1. - Схема сброса очищенных сточных вод Житинских очистных сооружений. 1 - очистные сооружения; 2 - железобетонный коллектор для сброса; 3 - гидрологические створы; 4 - контрольный створ

Механическая очистка обеспечивает удаление из сточных вод крупных включений, взвешенных и плавающих примесей. В состав блока механичес-кой очистки входят решетки, иногда с дробилками, песколовки, преаэраторы и первичные отстойники.

Решетки предназначены для улавливания крупных включений, которые при необходимости измельчаются в дробилках. На решетках достигается практически полное извлечение из очищаемых сточных вод крупных включений. Извлеченные крупные включения вывозятся на полигон бы-товых отходов.

В песколовках, представляющих собой емкости определенных размеров, благодаря резкому уменьшению скорости течения очищаемой жидкости про-исходит осаждение взвешенных веществ. В песколовках удаляется из сточной воды примерно 40-60% мелких механических примесей. Из песколовок осадок подается на песковые площадки. После высыхания он может быть использован для планировочных работ.

В преаэраторах происходит первичное насыщение сточных вод кислоро-дом путем подачи сжатого воздуха, что существенно улучшает процесс био-логической очистки. В сточных водах, поступающих из систем водоотведе-ния, растворенный кислород практически отсутствует. Смешение очищае-мых вод с пузырьками воздуха способствует отделению нефтепродуктов и других плавающих примесей, которое происходит в первичных отстойниках, называемых также нефтеловушками. Степень удаления плавающих примесей составляет 60-80%. Всплывшие нефтепродукты специальными скребками собираются в бочки и направляются на регенерацию или на сжигание.

Из первичных отстойников очищаемые сточные воды поступают в блок биологической очистки, где происходит деструкция органических соединений, поддающихся биохимическому окислению. Из сооружений биологической очистки наибольшее распространение получили аэротенки. Они представляют собой железобетонные, реже кирпичные или металлические удлиненные емкости, где происходит контакт очищаемых сточных вод с активным илом при одновременном насыщении их кислородом воздуха. Активный ил представляет собой специально культивируемое сообщество микроорганизмов, пищей для которых служат органические вещества, содержащиеся в сточных водах. Нормальное содержание активного ила в очищаемых сточных водах составляет 2 г/л (по сухому веществу). Для интенсификации процесса деструкции органических соединений в аэротенки постоянно нагнетается сжатый воздух в соотношении 10:1 - к объему очищаемой жидкости.

Рисунок 1.2 - Схема полной биологической очистки городских сточных вод в аэротенках

РХ - удаление солей фосфора; Д - удаление солей азота в денитрификаторах; ОД - удаление солей азота в отстойниках-денитрификаторах

Аэротенки в блоке биологической очистки располагаются таким образом, чтобы очищаемая сточная вода, проходя через них последовательно один за другим, находилась в контакте с активным илом в течение 18-20 часов. Температура воды в аэротенках должна быть не ниже +5° С и не выше 40° С. Степень деструкции в аэротенках органических веществ, поддающихся биохимическому окислению, составляет около 90%.

Очищенные в аэротенках сточные воды поступают во вторичные отстой-ники, где происходит оседание активного ила, который попал сюда из аэро-тенков вместе с водой. Микроорганизмы активного ила при оседании адсор-бируют своей чешуйчатой поверхностью мельчайшие взвеси, оставшиеся в очищаемых сточных водах после прохождения песколовок и первичных от-стойников, а также ионы тяжелых металлов. Степень извлечения металлов за счет адсорбции микроорганизмами колеблется от 10 до 60%.

После вторичных отстойников городские сточные воды считаются про-шедшими биологическую очистку и могут быть сброшены в поверхностные водные объекты. Перед сбросом в обязательном порядке производится их обеззараживание путем обработки хлорной водой. Приготовление хлорной воды производится в хлораторной растворением активного хлора в воде. После хлорирования сбросная вода должна пройти дегазацию, так как попадание активного хлора в водный объект может привести к гибели рыбы. Дегазация сбросных вод происходит в каналах и быстротоках по пути следования от места хлорирования до места выпуска в водный объект. В некоторых странах вместо хлорирования применяют озонирование. И тот, и другой способы обеззараживания воды имеют свои преимущества и недостатки. В нашей стране для обеззараживания сточных вод применяют в основном хлорирование.

Если качество очистки сточных вод не удовлетворяет условиям их сброса в водные объекты или сточные воды после очистки предполагается использовать для технического водоснабжения или пополнения городских рек, то в этих случаях организуется их доочистка. При пополнении стока городских рек очищенными сточными водами доочистка должна обеспечить придание им свойств и состава, присущих природным речным водам. Для доочистки сточных вод используют фильтры с зернистой загрузкой, ус-тановки пенной и напорной флотации, коагуляцию, флокуляцию, сорбцию, озонирование, установки для извлечения из воды соединений фосфора и азота. Для придания очищенным сточным водам качеств природной воды их доочистка проводится в каскаде биологических прудов или на биоинженерных сооружениях типа биоплато.

В процессе биологической очистки сточных вод образуется большое ко-личество осадка, представляющего собой отмерший или избыточный актив-ный ил, который удаляется из аэротенков и вторичных отстойников. Ил име-ет влажность 97-98% и очень плохо отдает воду. С целью обезвоживания его сначала обрабатывают в метантенках или аэробных стабилизаторах, затем подвергают механическому обезвоживанию в гидроциклонах, центрифугах, вакуумфильтрах или фильтр-прессах, после чего направляют на иловые площадки для окончательного высушивания.

В метантенках, представляющих собой герметичные цилиндрические резервуары, в течение нескольких часов при температуре 33-53° С происхо-дит сбраживание ила. При обработке в метантенке ил теряет свою водоудер-живающую способность, его влажность снижается до 92-94%. В процессе сбраживания выделяется газ, главным образом метан, с теплотворной спо-собностью до 5000 ккал/м3. Из 1 кг осадка (по сухому веществу) образуется около 1 м³ газа плотностью 1 кг/м³. Получаемый газ используется обычно в котельных сооружений биологической очистки.

В аэробных стабилизаторах, представляющих собой обычные аэротенки, активный ил подвергается усиленной аэрации в течение нескольких суток. Расход воздуха при этом составляет до 2 м³/час на 1 м³ вместимости стабили-затора. Влажность ила снижается на 2-3%, он в значительной мере теряет свою водоудерживающую способность.

При механическом обезвоживании влажность осадка может быть сниже-на до 65-70%, а объем его, по сравнению с сырым осадком (влажностью 98%), уменьшен в 15-20 раз.

Окончательное высушивание осадка происходит на иловых площадках. Площадки представляют собой выровненные участки (карты) площадью 0,25 - 2 га, обвалованные невысокими (0,7-1 м) дамбами. Здесь в природных условиях в течение нескольких месяцев (до года) происходит высушивание и компостирование (перегнивание) илового осадка. Компостированный иловый осадок является хорошим органическим удобрением. Ограничения в его применении могут быть связаны со сверхнормативным содержанием соединений тяжелых металлов.

2. Общие положения

очистной сооружение загрязняющий окружающий

Нормирование сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду производится в соответствие со ст. 33 «Экологические нормативы» Закона Украины «Об охране окружающей природной среды» путем установления предельно допустимых сбросов(ПДС) вредных (загрязняющих) веществ.

В соответствие с ДСТУ 3042-95 ПДС - масса веществ 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 в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, которые сбрасывают сточные воды.

Величина ПДС веществ устанавливается для каждого отдельного выпуска сточных вод.

Перечень показателей состава и свойств сточных вод для установления величин ПДС веществ должен включать только те показатели и вещества, присутствие которых в сточных водах связано с производственной деятельностью водопользователя и его технологическим регламентом (использование, транспортировка и т.д.), при этом сброс других веществ запрещается, если эти вещества не поступили на предприятие с питьевой, технической водой или с воздушной среды окружающих предприятий.

Нормирование качества и свойств воды водных объектов, которое обеспечивает использование их для различных хозяйственных целей, проводится относительно определенных категорий водопользования. Установлены нормативы качества воды водоемов и водотоков для условий хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного водопользования.

Цель разработки проекта ПДС состоит в достижении экологического норматива качества воды в местах водопользования. Нормативы качества воды должны соблюдаться в контрольных створах, которые устанавливаются в зависимости от категории водопользования рек и при согласовании с органами экологической безопасности.

Целью расчета является определение допустимого расхода вещества (или допустимой концентрации вещества в оборотных водах), потому что только при этих условиях обеспечивается соблюдение нормативов качества воды в контрольных створах.

3. Расчетные условия

В данной работе рассмотрен расчет нормативов ПДС загрязняющих веществ, которые поступают со сточными водами очистных сооружений городского ВКХ (водно-коммунального хозяйства) города Житинска в речку Ливицу.

Для получения начальных данных для расчета были проанализированы данные из гидрологического и гидрохимического режимов реки Глубокой и ее притоков - речек Ливицы и Крутые Пороги на гидрометрических постах, а также данные из гидрологического и гидрохимического режимов из областного комитета гидрометеорологии; данные систематических наблюдений за показателями состава и свойств воды в речке Ливице, полученные химико-бактериологической лабораторией ВКХ города Житинска, информация о конкретных нормируемых загрязняющих веществах, расходах сточных вод, скорости стекания, местонахождении выпуска, расстоянии до контрольного створа и др.

Река Ливица, принимающая стоки ВКХ, является правым притоком реки Глубокой. Длина Ливицы составляет 83 км, общая площадь водосбора - 1590 км². В бассейне реки расположены несколько гидрометрических постов. Отбор проб химико-бактериологической лабораторией ВКХ проведен в двух створах, расположенных на 200 м выше и 200 м ниже по течению от выпуска стоков.

Как лимитирующие сезоны рассмотрены зимняя и летняя межени маловодного года с 95%-ной обеспеченностью стоком. Характерные для лимитирующих режимов затраты, скорости течения, площадь и форма живого перереза русла, а также гидрохимические характеристики реки используются как начальные данные при расчете условий смешивания и ассимилирующей способности водного потока.

Расчетное фоновое качество воды определено статистической обработкой данных рядов натурных наблюдений за показателями качества воды и концентрациями загрязняющих веществ, которые нормируются.

На очистные сооружения попадают смешанные хозбытовые (87%) и промышленные (13%) сточные воды. В таблице представлены также данные о затратах сточной воды.

Как дополнение к изложенному выше следует отметить, что расстояние до контрольного створа составляет 500 м, тип выпуска - сосредоточенный безнапорный, выпуск осуществляется с левого берега.

4. Исходные данные

Ширина русла, В м……………………………………………………15,8

Глубина русла, Н м……………………………………………………1,04

Затраты в контрольном створе, Q м³/с………………………………. 2,10

Коэффициент извилистости ц …….…………………………………1,12

Коэффициент шероховатости ложа реки n…………………………. 0,030

Коэффициент шероховатости льда n_л …………………………………0,09

Средний расход сброса, q м³ / с …………………………………0,284

Таблица 4.1 - Характеристика загрязняющих веществ

Наименование загрязняющего вещества	Фоновая Концентра - ция Сфон, мг/л	Природная фоновая концентрация Спр, мг/л	Концентрация в сточных водах, мг/л	ПДК, мг/л	Класс опасности	Коэффициент неконсервативности
Взвеш. вещества	19,30	14,11	8,6	0,75	-	0,150
БПК5	4,9	4,1	7,1	3,0	-	0,230
Азот аммонийн.	0,77	0,69	2,47	1,0	3	0,090
Нитраты	22,8	17,2	49,8	45,0	3	0,110
Нитриты	1,10	0,27	0,180	3,3	2	10,80
ХПК	16,0	10,0	19,8	30,0	-	0,150
Нефтепро-дукты	0,18	0,10	0,11	0,3	4	0,044
Фосфаты	0,48	0,31	4,47	3,5	4	0,030
Минерали-зация	1440	1350	1151	1000	-	0
Сульфаты	500	480	294	500	4	0,100
Хлориды	180	175	242	350	4	0
Железо	0,33	0,12	0,27	0,3	3	0,200
СПАВ	0,09	0,06	0,23	0,5	4	0,046

5. Расчет ПДС

Разбавление стоков в процессе перемешивания с речной водой может быть рассчитано методами разной степени сложности. На первом этапе происходит начальное разбавление стоков, которые вытекают из выпуска со скоростью, которая значительно превышает скорость течения в речном потоке. На втором этапе, когда скорость в струе сточной жидкости снижается до скорости течения в реке, процесс разбавления стоков происходит под действием турбулентной диффузии. Таким образом, кратность общего разбавления определяют следующим образом:



де n_н и n_диф - соответственно кратности начального и диффузионного (или основного) разбавления.

Кратность начального разбавления определяется по методу М.М. Лапшева для напорных сосредоточенных и рассеянных выпусков при абсолютных скоростях вытекания потока из выпуска, более 2 м/с, но не менее 4-кратного превышения скорости течения реки. В противном случае кратность начального разбавления принимают равной 1. В случае, который рассматривается в этой работе, кратность начального разбавления n_н = 1, т.к. выпуск безнапорный.

1. Найдем отношение расхода воды в речке к расходу сточных вод:

где Q - расход воды в реке, м³ / с;

q - расход сточных вод, м³ / с

2. Площадь сечения потока находим по формуле:

м²

где В-ширина русла реки, м;

Н - глубина русла, м

3. Смоченный периметр в отсутствие ледостава (летом):

м

при ледоставе (зимой):

м

4. Находим среднюю скорость течения реки при известном расходе воды в реке:

5. Расчет основного разбавления необходимо начинать с определения гидравлического радиуса потока, который равен:

где W - площадь живого сечения потока, м²;

л - смоченный периметр, м

6. Коэффициент Шези при R ? 5 определяется по формуле М.М. Павловского:

С = , где

У = 2,5;

7. Коэффициент Шези в отсутствие ледостава (летом) равен:

8. Рассчитаем приведенный коэффициент шероховатости, учитывающий шероховатость нижней поверхности льда:

где nл - коэффициент шероховатости льда

9. Рассчитаем значение у для зимы:

10. Коэффициент Шези для зимы равен:

11. Для определения допустимой концентрации каждого загрязняющего вещества, которое нормируется, в сточных водах С_ПДС необходимо рассчитать по формуле величину t:

, где

L - расстояние от выпуска до контрольного створа по фарватеру реки, км (принимаем 0,5 км)

суток

12. Найдем коэффициент турбулентной диффузии:

, где

g - ускорение силы тяжести, м/с²

v - средняя скорость течения реки, м / с;

R - гидравлический радиус потока, м / с;

n_ (ср.) - коэффициент шероховатости русла реки;

С - коэффициент Шези, г ^ (1 / 2) / с

м²/с

м²/с

13. Рассчитаем коэффициент, учитывающий гидравлические условия:

, где

о - коэффициент, зависящий от месторасположения выпуска (для берегового выпуска равен 1; при выпуске в речной поток (в нашем случае) равен 1,5)

ц - коэффициент извилистости русла;



14 Величина коэффициента смешивания определяется соотношением:

, где

- расстояние от выпуска до контрольного створа по фарватеру реки, м (принимаем 500 м)

15. Кратность диффузионного (основного) разбавления определяется по методу В.А. Фролова - И.Д. Родзиллера, согласно которому равна:

где д - отношение расхода-воды в реке к расходу сточных вод;

г - коэффициент смешения

16. Кратность общего разбавления равна:

, где

- кратность начального разбавления

17. Определим допустимые концентрации загрязняющих веществ в очищенных сточных водах при условии, что в контрольном створе концентрации сбрасываемых веществ не будут превышать значений ПДК для данной категории водопользования. Для этого используем формулу:

где: где n - кратность общего разбавления оборотных вод в контрольном створе водотока;

С_ПДК - значение предельно допустимой концентрации вещества, г/м³ (мг/л);

С_ПР - расчетная природная фоновая концентрация, г/м³;

С_ФОН - расчетная фоновая концентрация вещества, г/м³(расчетное фоновое качество и расчетное природное фоновое качество воды - характеристики качества воды, которые рассчитаны (определены) для принятых расчетных условий);

k - коэффициент неконсервативности органических веществ, показывающий скорость потребления кислорода, зависящий от характера органических веществ, 1/сут;

t - время добегания от места выпуска сточных вод до расчетного створа, сутки.

Расчет по данной формуле уместен в том случае, если ПДК выше фоновой и природной фоновой концентрации. Исходя из этого по таблице исходных данных я определила вещества, ПДК которых выше фоновой и природной фоновой концентрации. Это:

Азот аммонийный:

Нитраты

Нитриты

ХПК

Фосфаты

Хлориды

СПАВ

Если фоновая концентрация (С_пр), обусловлена природными и др. причинами, которые тяжело устранить, превышает ПДК, допустимую концентрацию веществ в сбросе устанавливают по одному из следующих правил:

а) равной фактическому значению концентрации в сбросе (С_ст), если выполняется условие С_ст<С_пр;

б) принимают равной С_ПДС, которая рассчитана исходя из требования, согласно которому в контрольном створе с учетом разбавления фактические концентрации должны быть на уровне фоновых, а не на уровне ПДК (если С_СТ > С_ПР, а С_ПР > С_ГДК).

Для всех остальных веществ из исходных данных допустимая концентрация определена по второму условию.

Для простоты вида все данные сведем в таблицу:

Таблица 5.1 - Качественная характеристика сточных вод

№ п.п	Показатели состава оборотных вод	Утвержденные допустимые концентрации, мг/л	Утвержденные нормативы ПДС, г/час	Сбросы, т/год
1	Взвеш. вещества	8,6	65016	569,5
2	БПК5	7,1	53676	470,20
3	Азот аммонийн.	1,75	13230	115,8
4	Нитраты	117,92	891475,2	7809,3
5	Нитриты	22,12	167227,2	1464,9
6	ХПК	76,26	576525,6	5050,36
7	Нефтепродукты	0,3	2268	19,8
8	Фосфаты	13,33	100774,8	882,78
9	Минерализация	1000	7560000	66225,6
10	Сульфаты	294	2222640	19470,3
11	Хлориды	881,25	6662250	58361,31
12	Железо	0,27	2041,2	17,88
13	СПАВ	1,83	13834,8	121,19

Заключение

Целью данного курсового проекта было расчёт ПДС вредных веществ в водные объекты со сточными водами.

Сброс сточных вод в водные объекты относится к одному из видов специального водопользования и осуществляется на основе разрешения, выдаваемого местными органами экологической безопасности. Отведение сточных вод в водные объекты регламентируется нормами предельно допустимых сбросов веществ. ПДС - это максимально допустимая масса вещества, отводимая со сточными водами в единицу времени, которая позволяет обеспечить соблюдение норм качества воды в контрольном створе водного объекта для наихудших условий водопользования. ПДС устанавливается для каждого выпуска сточных вод в водный объект.

Цель разработки проекта ПДС состоит в достижении экологического норматива качества воды в местах водопользования. Нормативы качества воды должны соблюдаться в контрольных створах, которые устанавливаются в зависимости от категории водопользования рек и при согласовании с органами экологической безопасности.

Разработка проектов предельно-допустимых сбросов (ПДС) является обязательной для всех субъектов хозяйственной деятельности, которые оказывают негативное воздействие на поверхностные и подземные воды.

Перечень ссылок

1. Экология города: Учебник. Под редакцией Ф.В. Стольберга. - К.: Либра, 2000. - 464 с.

2. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу «Екологічна експертиза» (для студ. спец. «Екологія») / Укл. О.О. Ноженко: - Алчевськ: ДонДТУ, 2009. - 30 с.

3. «Порядок розроблення і затвердження нормативів гранично допустимого скидання забруднюючих речовин та перелік забруднюючих речовин, скидання яких нормується», затверджений постановою Кабінету Міністрів України від 11.09.1996 р. №1100. Київ, 1996 р.

4. Інструкція про порядок розробки та затвердження гранично допустимих скидів (ГДС) речовин у водні об'єкти зі зворотними водами / Мінприроди України. - Київ, 1994 - 89 с.

5. Санитарные нормы и правила охраны поверхностных вод от загрязнения: СанПиН 4630-88. Приложение 2/ Минздрав СССР. - М., 1988.-51 с.

6. Временные методологические указания по проведению расчётов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков. - Л.: Гидрометеоиздат. 1983. - 52 с.

7. Черкинский С.Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоёмы \Изд. 5-е, перераб. и доп. - М: Стройиздат, 1977. - 224 с.

8. Родзиллер И.Д. Прогноз качества воды водоёмов-приёмников сточных вод. - М: Стройиздат, 1984 - 262 с.

Размещено на Allbest.ru