Расчет разбавления и самоочищения сточных вод в реке

как точечный.

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:

Ь - расстояние вниз по реке от места выпуска сточных вод;

СЬ - средняя концентрация загрязняющего вещества на расстоянии Ь.

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

С - - N -

да              о

х N - N о

1У X 1У о

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 К (часто его называют коэффициентом не- консервативности).

ния, скорость убывания концентрации загрязняющих веществ со временем пропорциональна самой концентрации:

Интегрируя это простейшее уравнение, легко найти:

с, = С ¦ е ,              (42)

где

С0 - концентрация загрязняющего вещества в начальном створе реки;

СЬ - концентрация загрязняющего вещества на расстоянии Ь от начального створа;

г - время добегания воды от створа 0 до створа Ь (обычно измеряется в сутках; очевидно, что г = ЬА?ср, где vср - средняя скорость течения реки на рассматриваемом участке).

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

для консервативного вещества

Qф Сф + Озв Сзв = (Яф + amp;«) сь              (43)

для неконсервативного вещества

ОФ Сф е К1+ Озв Сзв е К = (Оф + Озв) СЬ              (44)

Уравнения (43), (44) имеют смысл для створа, расположенного ниже створа полного перемешивания. В левой части уравнений

3

Оф- расход воды в фоновом створе (м /с);

Озв - расход воды в трубе, сбрасывающей сточные воды (м3/с).

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

Из (43) и (44) можно найти соответственно искомые концентрации на расстоянии Ь от точки сброса:

для консервативного вещества

С = Од • ^д + Ода • Nда Ст =

Од + Ода

для неконсервативного вещества

(46)

Формулы (45), (46) 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.

(47)

Как видим, формула (47) очень похожа на (45), но в отличие от последней здесь введен коэффициент у, который показывает, какая часть расхода воды в реке участвует в разбавлении сточных вод (у называют коэффициентом смешения).

(48)

^ о —Оь где в = е

а - множитель, учитывающий гидравлические условия смешения, который определяется по формуле:

а = Ъ'ф'\[§- ’              (50)

уда

Ъ- коэффициент, зависящий от местоположения выпуска ( =1 при выпуске у берега; Ъ =1,5 при выпуске на фарватере);

Ф - коэффициент извилистости русла (определяется как отношение расстояния от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между этими пунктами по прямой);

Э              — коэффициент турбулентной диффузии (м /с)

5/ Умч аё• 10 lt; # lt; 60 Э = 1М/0,1М+6)              (51)

аё^ # gt; 60

48^

Здесь

2

g = 9,81 м/с — ускорение силы тяжести;

~ 1/2

С - коэффициент Шези (м /с), определяющий гидравлическое сопротивление русла.

Коэффициент Шези определяется по формуле Шези:

(52)

где уср - средняя скорость течения (м/с);

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

Нср - средняя глубина реки (м).

Метод Родзиллера применим при 0,0025 lt;0зв/2фlt; 1,0.

В том случае, если рассматривается неконсервативное вещество, то по аналогии с формулами (46), (47) можно записать:

(53)

Полученные формулы дают возможность определить концентрацию в максимально загрязненной струе на расстоянии Ь 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 (47) вместо стх 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 С д3°п :

(54)