Нормирование антропогенного воздействия на окружающую природную среду

Для юридических и физических лиц-природопользователей устанавливаются следующие нормативы допустимого воздействия на окружающую среду:

· нормативы допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов;

· нормативы образования отходов производства и потребления, лимиты на их размещение;

· нормативы допустимых физических воздействий (количество теплоты, уровни шума, вибрации, ионизирующего излучения, напряженности электромагнитных полей и др.);

· нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды;

· нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Они должны обеспечить соблюдение нормативов качества окружающей среды с учетом природных особенностей территорий, акваторий.

Нормативы допустимого воздействия устанавливают требования к источнику вредного воздействия, ограничивая его деятельность определенной пороговой концентрацией с точки зрения экологической защиты природной среды. Это, прежде всего, относится к выбросам и сбросам загрязняющих веществ соответственно в атмосферу и гидросферу.

Пристальное внимание к выбросам и сбросам объясняется следующим. Санитарно-гигиенические нормативы (ПДК) предотвращают прямое воздействие на здоровье людей, но не исключают возможности неблагоприятного воздействия на окружающую среду. В связи с этим для промышленных предприятий разрабатываются нормативы ограничения выбросов (сбросов) абсолютных количеств химических веществ в окружающую природную среду, т.е. нормативы антропогенных воздействий. Они распространяются только на две среды природной сферы: атмосферу и гидросферу. Это связано с тем, что основными объектами загрязнения являются именно эти среды, а все другие компоненты ОПС (земля, растения и др.), как правило, загрязняются опосредовано.

Нормативы антропогенных воздействий – это расчётные эмиссионные нормативы допустимых выбросов (сбросов) различных вредных веществ в единицу времени (обычно в год), устанавливаемых для каждого предприятия в отдельности, но с учетом общего количества загрязняющих веществ выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в гидросферу другими предприятиями. Их называют предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу, предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющих веществ в водоемы.

ПДС – масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в установленном режиме в данном пункте в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

ПДВ – разрешаемое к выбросу количество вредного вещества от данного источника, которое не создает приземную концентрацию, опасную для людей, животного и растительного мира.

С помощью этих нормативов ограничивают эмиссию выбросов (сбросов) предприятия на конкретной территории. Они являются контролируемыми техническими показателями природоохранной деятельности предприятия. Их применение имеет целью создание безотходного (малоотходного) производства, хотя их современное использование представляет собой некоторый промежуточный вариант этого процесса.

Разработка ПДВ (ПДС) ведется на двух уровнях: либо региональными управлениями (комитетами) охраны природы, либо самими предприятиями на основе законодательно-нормативной базы (с последующим утверждением). В связи с развитием района, региона, а, следовательно, изменением территориально-промышленных условий, каждые 3-5 лет их пересматривают.

Расчет ПДВ и ПДС (в г/с) осуществляется в рамках формально одинаковой физической формулы из условия непревышения ПДК при данной производительности (объема выбросов/сбросов) на конкретной территории (например, на границе СЗЗ):

, (3.10)

где – коэффициент разбавления загрязняющего вещества чистым воздухом (случай ПДВ) или чистой водой (случай ПДС); физически он представляет собой объем чистого воздуха (или чистой воды) необходимой для разбавления загрязняющего вещества, выбрасываемого в единицу времени, до концентрации, допускаемой санитарными нормами (т.е. до уровня ПДК);

– предельно-допустимая концентрация загрязнителя в составе выбросов/сбросов, г/м³(г/л).

Однако использование уравнения (3.10) для расчета ПДВ/ПДС имеет существенные методические особенности. Расчет осуществляется с учетом:

· картины рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере или водном объекте;

· наложения выбрасываемых/сбрасываемых загрязняющих веществ на их фоновое содержание в атмосфере или водном объекте;

· совокупного воздействия всех других источников загрязнения на компоненты природной среды на данной территории (числа источников загрязнения, рельефа местности, наличия зеленых насаждений, метеоусловий и д.р.)

Рассмотрим особенности нормирования выбросов в атмосферу и сбросов в гидросферу.

Нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ)

Различают ПДВ непосредственно источника выбросов и ПДВ предприятия (или объекта). Норматив ПДВ (в г/с) устанавливается из условия, чтобы содержание загрязняющего вещества в приземном слое воздуха (на высоте 1,5-2,5м от поверхности земли) от источников или их совокупности не превышало нормативов качества воздуха для населения, животного и растительного мира (т.е. ПДК) на границе СЗЗ; он представляет собой количество загрязняющего вещества максимально допустимое к выбросу в атмосферу конкретным источником в единицу времени.

Различают организованные и неорганизованные источники, которые подразделяются на стационарные и подвижные (транспортные и иные подвижные средства и установки). Примером организованного источника выброса является любая труба (стационарная или подвижная), а неорганизованного – хвостохранилища, отвалы горных пород. Кроме того, в классификации выделяют мелкие одиночные источники (вентиляционные фонари и др.).

Для каждого организованного стационарного источника выброса, а также для каждой модели транспортных и других подвижных средств и установок устанавливается индивидуальный ПДВ. Для неорганизованных источников выбросов и для совокупности мелких одиночных источников устанавливают суммарный ПДВ.

Источники вредных выбросов устанавливают органы надзора и контроля путем инвентаризации, которая проводится не реже одного раза в течение года. В соответствии с ГОСТ 12.2.1.04-77 под инвентаризацией выбросов понимают систематизацию сведений о распределении источников на территории, количестве и составе выбросов. Эти данные необходимы для составления статистической отчетности по форме 2-ТП воздух, разработки проекта норм ПДВ, для составления плана мероприятий по оздоровлению воздушной среды.

Инвентаризация выбросов регламентирована «Руководством по контролю источников загрязнения атмосферы» ОНД-90 и другими руководящими и методическими указаниями. Инвентаризация производится, как правило, технологическими службами предприятия совместно со специализированными научными или пусконаладочными организациями. Основной конечной целью проведения инвентаризации является определение массового выброса вредных веществ из каждого источника (г/с).

Массовый выброс вредных веществ можно определить с большей или меньшей точностью следующими методами: инструментальным, инструментально-лабораторным, индикаторным и расчетным. Чаще всего из-за отсутствия инструментальных замеров используют расчетные методы. Они основаны на использовании данных о составе исходного сырья и топлива, технологических режимах, степени очистки газов газопылеочистным оборудованием и т.п., по эмпирическим зависимостям или по удельным выбросам вредных веществ на единицу производимой продукции, использованного сырья, топлива, выработанной энергии.

Суммируя ПДВ отдельных источников загрязнения, устанавливают ПДВ для предприятия (объекта). Теоретической основой расчета ПДВ является решение дифференциального уравнения атмосферной турбулентной диффузии примеси, в результате которого определяется поле приземных концентраций, создаваемое источником выброса. В мировой практике употребляются также другие методики.

Нормативная «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (ОНД-86) позволяет рассчитывать поле разовых концентраций примеси у земли при выбросе одиночного и группы источников: при нагретых и холодных выбросах, от точечных, линейных и площадных источников, даёт возможность учесть действие разнородных источников, суммирующее действие загрязняющих веществ. При этом учитывается количество источников загрязнений, распределение выбросов во времени и пространстве, другие факторы.

Конечная цель расчетов ПДВ – обеспечение концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, не превышающих ПДК. Конкретно это означает, что величина наибольшей концентрации каждого загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы () не должна превышать максимальную разовую данного загрязняющего вещества, т.е. должно соблюдаться условие:

(3.11)

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих аддитивными свойствами необходимо учитывать фоновую концентрацию загрязняющего вещества (т.е. ), создаваемую другими источниками загрязнения.

Тогда:

, (3.12)

или , (3.13)

или (3.14)

Для выполнения этого условия пылегазовые выбросы должны подвергаться очистке или рассеиванию в атмосфере с помощью высоких труб. Худшим вариантом является рассеивание загрязняющего вещества (ведь загрязняющие вещества всё равно попадают в ОПС). Поэтому именно для этого случая и устанавливают ПДВ.

Методика расчета ПДВ позволяет решать две задачи:

· определять ПДВ по заданной высоте трубы и значению ПДК загрязняющего вещества (прямая задача);

· определять минимальную высоту трубы () по заданной ПДК загрязняющего вещества (обратная задача).

При этом методика позволяет осуществлять расчет для труб, выбрасывающих как холодные пылевоздушные смеси (), так и нагретые ().

Решение прямой задачи. Исходные данные для расчета ПДС:

^· стационарный источник выброса – одиночная труба с круглым устьем;

^· выбрасываемые газы – нагретые (выбросы холодных газов не рассматривают из-за малой актуальности);

^· фоновые концентрации вредных веществ – , /м³;

^· высота трубы – , м;

^· мощность выброса – , г/с или т/год;

^· объем газовоздушной смеси - , м³/с;

^· другие данные коэффициенты, необходимость использования которых будет показана ниже.

При решении прямой задачи разработка нормативов ПДВ для стационарных источников (при ) проводится по следующему алгоритму (случай одиночной трубы с круглым устьем, выбрасывающей нагретые газы).

1. Определение фоновых концентраций () загрязняющих веществ, т.е. концентраций, обусловленных комплексом других источников, за вычетом нормируемых.

2. Расчет фактических приземных концентраций от источника выбросов нормируемого объекта по следующей методике:

· определяют фактическую концентрацию вещества в воздухе на расстоянии от источника загрязнения по формуле:

, (3.15)

где – максимальная приземная концентрация примеси;

– коэффициент, определяющий условия перемешивания примесей;

– мощность выброса, г/с или т/год;

– коэффициент, учитывающий скорость оседания веществ из атмосферы;

и – коэффициенты, учитывающие условия выхода смеси из источника;

– коэффициент шероховатости, зависит от рельефа местности;

– высота трубы, м;

– разность температур газовоздушной смеси и воздуха наиболее жаркого месяца;

– объём газовоздушной смеси, м³/c.

, (3.16)

где – диаметр устья источника, м;

– скорость выхода смеси из устья источника, м³/с.

Из уравнения (3.16) видно, что существенное влияние на приземную концентрацию оказывают масса выброса и высота трубы, поэтому рекомендуется регулирование качества воздуха осуществлять с помощью мероприятий по сокращению мощности выброса. Увеличение высоты трубы допускается лишь в случаях, когда невозможна реализация активных мероприятий.

· рассчитывают расстояние от источника до места, где создаётся максимальная приземная концентрация примеси (), по формуле:

, (3.17)

где – коэффициент, определяется дополнительно для нагретых и холодных газопылевых смесей;

· рассчитывают ПДВ с учетом фоновых концентраций тех же веществ, где :

(3.18)

· определяют ПДВ (г/с) для каждого вещества и каждого источника.

· определяют ПДВ (т/год) для предприятия в целом как сумма ПДВ от одиночных источников или групп источников:

(3.19)

Примечание: предельно допустимая масса сжигаемого топлива при выбросе продуктов его сгорания рассчитывается по формуле:

(3.20)

3. Анализ полученного поля концентраций, учет фоновых концентраций () и сравнение их с требуемым нормативом по формуле (3.14).

В соответствии с приведенными выражениями (3.18, 3.19) можно определять:

а) допустимый суточный (или годовой и т.д.) выброс загрязняющих веществ, г/сут; кг/сут;

б) максимальную концентрацию () загрязняющих веществ в устье трубы, г/м³; кг/м³; (здесь ).

Величина является параметром, контролируемым в процессе работы объекта.

4. Выявление веществ, по которым имеются зоны превышения ПДК и источников, обусловливающих формирование повышенных концентраций.

5. Выводы:

· если превышения нет, то ПДВ утверждается;

· если превышение имеет место, то необходимо решение вопроса:

· ужесточить степень очистки выбросов, т.е. повысить эффективность очистки путем разработки мероприятий по снижению массы выбросов загрязняющего вещества; далее произвести перерасчет . Этот путь отличается дороговизной и технологической сложностью;

· уменьшить массу выбрасываемого загрязняющего вещества () за счет уменьшения объема выбросов (); однако этот путь нерентабелен;

· принять расчетное значение ПДВ временно, т.е. установить временно согласованные выбросы (ВСВ) и определить этапы снижения выбросов до значений, обеспечивающих соблюдение ПДК с указанием конечного срока.

При использовании третьего варианта на каждом этапе сокращения выбросов устанавливается временно согласованный выброс (ВСВ) с учетом опыта сокращения на прогрессивных предприятиях с наилучшей достигнутой технологией.

Для того чтобы не прекращать хозяйственную деятельность предприятия зачастую используют третий (компромиссный) путь, т.е. устанавливают ВСВ и разрабатывают долгосрочную программу снижения выбросов с помощью природоохранных мероприятий (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – Поэтапный процесс снижения ВСВ до значения ПДВ

От того, укладывается или нет предприятие в установленные ему нормативы и в какие именно – ПДВ или только в ВСВ, – зависят размер и источники сбора за загрязнение окружающей среды.

В случае выброса из одиночного источника холодной газовоздушной смеси ПДВ определяется по формуле:

(3.21)

Организационные аспекты установления ПДВ заключаются в следующем. Работы по установлению ПДВ ведутся под общим руководством головной организации, назначаемой для каждого населенного пункта. Она осуществляет следующие функции:

· определяет перечень предприятий (объектов), выбросы которых надо учитывать при установлении ПДВ (т.е. фоновые концентрации загрязнителей в воздухе, ();

· рассматривает предложения министерств, ведомств по установлению ПДВ для подчиненных предприятий (объектов);

· утверждает ПДВ и ВСВ ПДВ для каждого источника выбросов загрязняющих веществ, которые предварительно согласовываются с органами, осуществляющими контроль за охраной атмосферного воздуха;

· разрабатывает комплексный план мероприятий по снижению выбросов и оздоровлению атмосферы в целом по населенному пункту.

Если окажется невозможным устранить или существенно уменьшить выбросы вредных веществ отдельными предприятиями или объектами, то в территориально-ведомственных планах должны предусматриваться:

· сроки вывода этих предприятий или объектов из селитебных территорий и земель;

· изменение профиля производства этих предприятий и объектов;

· организация санитарно-защитных зон.

Решение обратной задачи. Из уравнения (3.15) видно, что наиболее существенное влияние на приземную концентрацию оказывают масса выброса загрязняющего веществам и высота трубы (). Поэтому принудительно регулирование качества воздуха на селитебной территории можно осуществлять двумя путями:

· сокращение массы выбрасываемых загрязняющих веществ () с помощью методов очистки выбросов или усовершенствования технологического регламента основного производства;

· увеличение высоты трубы (которая должна быть минимально оптимальной – ).

Увеличение высоты трубы допускается лишь в случаях, когда невозможна реализация активных природоохранных мероприятий. При этом имеет место решение обратной задачи, т.е. расчет минимальной высоты трубы, , которое вытекает из уравнения решения прямой задачи (3.18). Далее (для упрощения) уравнение решения обратной задачи приводится без учета фоновой концентрации загрязняющего вещества, а символ ПДВ заменен символом :

(3.22)

Следует иметь в виду, что определяемая минимальная высота трубы () для выбросов загрязняющих веществ в атмосферу должна быть выше зоны аэродинамической тени здания (рис. 3.3а), в противном случае выбросы не будут рассеиваться, а попадая в зону аэродинамической тени, загрязнят приземный слой атмосферы над площадкой и саму площадку (рис. 3.3б). В настоящее время трубы достигают в отдельных случаях ≥ 350 м.

Рисунок 3.3 – Схема соотношения высот трубы для выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и аэродинамической тени здания:

а) благоприятный случай (высота трубы выше зоны аэродинамической тени); б) неблагоприятный случай (высота трубы ниже зоны аэродинамической тени); 1 – промышленное здание; 2 – труба.

Рассеивание выбросов подчиняется законом турбулентной диффузии и зависит от многих факторов: состояния атмосферы, характера местности, физических свойств выбросов, высоты трубы, диаметра её устья и др.

Различают два направления перемещения примесей: горизонтальное и вертикальное. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном, скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур воздуха в вертикальном направлении. На рис. 3.4 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника (трубы) выброса.

При расчете показателя ПДВ устанавливают также зону влияния источника выбросов и всего предприятия по каждому загрязняющему веществу. Под зоной влияния понимают земную поверхность с радиусом, где сумма максимальной приземной концентрации , определенной для неблагоприятных метеорологических условий, и фоновой концентрации не превышает (см. уравнение 3.12 и 3.17):

(3.23)

Видно, что по мере удаления от трубы концентрация вредностей в приземном слое сначала нарастает, достигает максимума, а затем медленно убивает. Это позволяет говорить о наличии трех зон различного загрязнения воздуха:

1) зона переброса факела выбросов ( невелика);

2) зона замедления (здесь );

3) зона постепенного снижения уровня загрязнения.

Рисунок 3.4 – Распределение концентрации вредных веществ () в атмосфере от организованного высокого источника (трубы)

выброса на расстоянии ()

Таким образом, основным фактором, влияющим на концентрацию загрязняющих веществ в приземном слое, является высота трубы. Концентрация вредного вещества на выходе из трубы равна (рис. 3.5).

і

Рисунок 3.5 – Зависимость рассеивания выбросов от высоты трубы

Она при высокой трубе () на уровне приземного слоя может снизиться до , а при низкой трубе () – лишь до . Отсюда разница в назначаемых ПДВ. Расстояние от трубы, на котором концентрация вредного вещества максимальна, может быть получено лишь с помощью специальных расчетов. Приблизительно эту величину принимают равной (10 – 50) .

Нормативы предельно допустимых сбросов (ПДС)

Принцип установления ПДС как норматива антропогенных воздействий на водные объекты аналогичен нормированию атмосферных загрязнений – соблюдение ПДК.

Установление нормативов ПДС заключается в том, что определяют до какой степени надо очищать сточные воды, чтобы в расчетном контрольном створе не нарушать условие , и в какой степени необходимо разбавлять стоки в контрольном створе. Согласно действующим правилам охраны водных объектов, санитарно-гигиенические требования относятся только к местам или контрольным створам водопользования, а не ко всей акватории водного объекта.

Под контрольным створом понимается поперечное сечение потока, в котором контролируется качество воды. Для водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового назначения контрольный створ располагается в 1 км выше первого по течению пункта водопользования; для водных объектов рыбохозяйственного назначения – на расстоянии не более 500 м и ниже места сброса сточных вод. В случае сброса сточных вод в черте населенных пунктов к таким водам применяются нормативы качества воды поверхностных водных объектов. В непроточных водоемах контрольная зона должна соответствовать нормативам в радиусе 1 км от пункта водопользования.

Величины ПДС определяются для всех категорий водопользователей как произведение максимального часового расхода сточных вод (, м³/ч) на концентрацию в них загрязняющих веществ (, г/м³) в течение фактического периода сброса этих вод по формуле:

(3.24)

Видно, что в уравнении 3.24 используется не фактическое значение концентрации загрязняющих веществ (), а некоторое расчетное значение (), которое необходимо предварительно определить.

ПДС устанавливают для каждого контролируемого вещества с учетом фоновой концентрации, категории водопользования, норм качества воды и ассимилирующей способности водного объекта. Это означает, что расчет ПДС веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами предприятий проводят раздельно для взвешенных веществ, минерального состава (по сухому остатку), хлоридов, сульфатов и т.д. Кроме того, регламентируют следующие свойства сточных вод, для которых нормативы ПДС не рассчитываются: плавающие примеси (вещества), запахи, привкусы, температура, рН, коли-индекс, растворенный кислород.

Расчет ПДС целесообразно проводить одновременно для всех водопользователей речного бассейна или водохозяйственного участка с рассмотрением взаимного влияния выпусков сточных вод. Способы определения ПДС регламентируются соответствующими документами для водных объектов суши («Методические указания по учитыванию ПДС веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами») и морей («Методические указания по установлению ПДС веществ, поступающих со сточными водами в прибрежные воды морей»). Лишь наличие расчетного значения ПДС в сточной воде является основанием для получения разрешения на сброс последней в водный объект.

Сброс сточных вод в зоны санитарной охраны водозаборов и курортных зон запрещен, поэтому ПДС для сточных вод, сбрасываемых в эти зоны не устанавливаются.

Исходные данные для расчета ПДС:

· тип водного объекта и характеристика района его расположения;

· расчетное значение фоновой концентрации ();

· самоочищающая способность водного объекта;

· кратности разбавления сточных вод, соответствующие наихудшим гидрологическим условиям;

· тип выпуска сточных вод;

· место расположения выпуска;

· фактические (или проектные) значения концентрации загрязняющих веществ в сточной воде ();

· утвержденный максимальный часовой расход сточных вод (, м³/ч).

Для получения этих данных необходимо проанализировать материалы гидрологической и гидробиологической характеристик района, годовой сток водоемов различной обеспеченности и его внутригодовое распределение.

Изучаются следующие параметры: сезонные стоки и сезонный сток для года 95%-ной обеспеченности; внутрисезонное распределение стока по месяцам для года 95%-ной обеспеченности; минимальные среднемесячные летние и зимние расходы в расчетных створах. Кроме того, анализируются гидравлические характеристики русел для минимального среднесуточного расхода 95%-ной обеспеченности в расчетных створах. Изучаются сведения о рыбоводстве, судоходстве и лесосплаве.

Санитарное состояние водоемов анализируется по материалам местной санэпидемстанции или санитарно-гигиенических научно-исследовательских организаций. При этом проектировщики определяют следующие данные: характер водопользования и общую санитарную характеристику водоемов по химическому и бактериологическому составу воды; места расположения водозаборов с указанием расхода и назначения отбираемой воды по каждому водозабору и канализационных выпусков; количество и характеристика стоков, сбрасываемых в водоем через выпуски; степень очистки сбрасываемых стоков; расстояние от места проектируемого выпуска очищенных сточных вод до первого населенного пункта и водозабора организованного водоснабжения; требования рыбоохраны к сбросу очищенных сточных вод с точки зрения рыбохозяйственного значения реки; расчетные створы смешения очищенных сточных вод с водой водоема.

Обеспечение требуемых значений ПДС достигается двумя путями:

· разбавлением стоков водой водного объекта и за счет реализации естественных механизмов самоочищения воды;

· строительством инженерных очистных сооружений, если эффективность первого пути оказывается недостаточной.

Вначале оцениваются положительные возможности первого пути на основе исследования процесса смешения и разбавления сточных вод водой водного объекта. Результатом такого исследования является определение значения концентрации загрязняющего вещества в зоне смешения и разбавления вод () с последующим сравнением ее с нормативным показателем качества воды, т.е. . При этом возможны два случая:

1.

Это означает, что осуществляемое разбавление удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям и тем самым исключает в пределе очистку сбрасываемых сточных вод. В этом случае надобность в расчете ПДС отпадает, а в качестве ПДС принимается фактический сброс загрязняющего вещества.

2.

Это означает, что для понижения значения до уровня необходимо применять специальное водоочистное сооружение. Однако благодаря учету самоочищающей способности водного объекта, условия сброса в него сточных вод смягчаются, а следовательно, требуемая степень их очистки с помощью водоочистного сооружения понижается, что благоприятно сказывается на снижении финансовых затрат на проектные и строительные работы.

Таким образом, методический подход к расчету ПДС предполагает два этапа:

· выполнение расчета основных показателей процесса разбавления и смешения сточных вод с водой водного объекта

· определение расчетной степени очистки сточных вод с помощью водоочистного сооружения (проводится только в случае, если .

Схема водоотведения (сброса) сточной (шахтной) воды и формирование зоны смешения и разбавления вод показаны на рис. 3.6.

Рисунок 3.6 – Схема водоотведения (сброса) сточной (шахтной) воды:

– расход воды в реке; – расход сточной (шахтной) воды; – концентрация загрязняющего вещества в фоновом створе І – І; – концентрация загрязняющего вещества в сточной (шахтной) воде; –концентрация загрязняющего вещества в створе начального смешивания ІІ – ІІ; ІІІ – ІІІ – контрольный створ, располагаемый на расстоянии не менее 1км от поселка городского типа (ПГТ).

Все расчеты осуществляются для наихудших условий водоотведения и характеризуются следующим:

· расчетный расход водотока соответствует максимальному среднемесячному расходу года 95% водной обеспеченности для незарегулированных водотоков или минимальному гарантированному расходу через плотину – для зарегулированных;

· значение показателя в фоновом створе (фоновая концентрация) определяется расчетным путем как статистически обоснованная верхняя граница возможных средних значений ( _.); данные о фоновом качестве воды запрашиваются в органах Гидромета;

· нормы качества воды в контрольном створе должны соблюдаться в наиболее загрязненной части потока.

Если природное фоновое содержание веществ выше ПДК, то ПДС устанавливается из условия неулучшения фонового качества воды; если на одном участке водотока ведется разная хозяйственная деятельность, то выбираются наиболее жесткие ПДК.

Рассмотрим этапы расчета ПДС.

Этап 1. Определение максимальной концентрации загрязняющего вещества () в зоне смешения и разбавления вод.

При сбросе сточных вод образуется зона смешения (рис. 3.6), где концентрация загрязняющих веществ непостоянна (сначала имеет место начальное разбавление, а затем происходит основное). Размеры зоны смешения зависят от соотношения расходов сточной воды и воды водного объекта. Для создания наилучших условий разбавления выпуски рекомендуется располагать в области устойчивых течений (не в небольших заливах, затонах, а также не в районах циркуляционных течений).

Интенсивность процессов смешения и разбавления сточных вод характеризуется кратностью (). Под кратностью разбавления понимают отношение суммы количества разбавляемой и разбавляющей воды к количеству разбавляемой воды:

, (3.25)

где – расход сточной воды, м³/ч;

– расход воды в водотоке (реке), м³/ч;

– коэффициент смешения, который показывает, какая часть расхода реки () затрачивается на разбавление сточной воды:

, (3.26)

где – расстояние от выпуска до расчетного пункта, м;

– коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения:

, (3.27)

где – коэффициент извилистости, равный отношению расстояния между выпуском и расчетным пунктом по фарватеру реки () к расстоянию между теми же пунктами по прямой (), т.е. ;

– коэффициент, учитывающий расположение места выпуска (при выпуске у берега =1, при выпуске в речной поток =1,5).

Так как в выражении (3.25) отсутствует показатель , то для его выявления используется другое уравнение кратности разбавления:

, (3.28)

где – концентрация загрязняющего вещества (ЗВ) в сточной воде, мг/л;

– фоновая концентрация ЗВ в сточной воде водного объекта, мг/л;

– максимальная концентрация ЗВ в зоне смешения, мг/л.

Поступают следующим образом. Вначале рассчитывается значение n по формуле (3.25), а затем, зная , по формуле (3.26) определяют значение , которое сопоставляют со значением ЗВ с помощью известных соотношений:

(случай одиночного загрязняющего вещества);

(случай наличия в воде нескольких ЗВ однонаправленного действия).

Если приведенные соотношения окажутся меньше единицы, то осуществляемое разбавление удовлетворяет санитарно- гигиеническим требованиям и надобность в расчете ПДС отпадает, т.е. в качестве ПДС принимается фактический сброс ЗВ. В противном случае () необходимо выполнить второй этап расчета ПДС, целью которого является определение требуемой степени очистки сточных вод для понижения величины в зоне смешения и разбавления вод с помощью технических средств.

Этап 2. Определение степени очистки сточных вод с помощью технических средств.

Необходимая степень очистки сточных вод () определяется по формуле:

, (3.29)

где – содержание ЗВ в сточной воде; определяется по фактическим замерам путем анализа отбираемых проб воды;

– расчетное содержание ЗВ в сточной воде в контрольном створе, определяемое из условия обеспечения в очищаемой воде ПДК ЗВ с учетом смешения и разбавления сточной воды водой водного объекта, а также его самоочищающей способности.

Оценивая роль показателя , можно сказать, что это такой показатель состава воды, при котором санитарные требования полностью учтены, т.е. допустимые значения показателей качества воды не будут превышены. Его определение является основной операцией этапа расчета необходимой степени очистки сточных вод по любому показателю их качества, которые требуют нормирования в местах хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного назначения. К ним относятся:

· взвешенные вещества (ВЗВ);

· плавающие примеси;

· запахи, привкусы;

· температура;

· рН среды;

· минерализация воды;

· биохимическое потребление кислорода (БПКполн);

· химическое потребление кислорода (ХПК);

· химические вещества (по перечню СанПиН № 4630 – 88, где приведены их ПДК, т.е. );

· возбудители заболеваний;

· кишечные палочки;

· коли-фаги.

Несмотря на отличия физико-химической сущности перечисленных показателей, алгоритм методик их определения принципиально одинаков. Некоторые особенности имеют место лишь при выборе условия санитарной чистоты воды в зависимости от предельно допустимого содержания вещества, т.е. правила нормирования в процессе применения методики. Наиболее четко это прослеживается на примере расчета необходимой степени очистки сточных вод по содержанию в них:

· истинно растворенного нормированного химического вещества (т.е. вещества, на которое имеется в СанПиН № 4630-88 значение ПДК);

· взвешенных веществ (ВЗВ).

Рассмотрим оба случая для водотоков проточных водных объектов (река).

Определение необходимой степени очистки сточных вод по содержанию истинно растворенных нормированных ЗВ. В этом случае целесообразно для уяснения методики расчета рассмотреть два варианта:

· первый («упрощенный») – в воде содержится одно нормированное ЗВ, концентрация которого ;

· второй («более сложный») – в воде содержатся несколько различных ЗВ, но одной группы лимитирующего признака вредности; их концентрации .

Вариант 1: в сточной воде содержится одно нормированное ЗВ с концентрацией _.. Определение осуществляется путем составления и последующего анализа материального баланса загрязняющего вещества в различных водах:

, (3.30)

где – вес загрязняющего вещества соответственно в сточной воде (), в исходной воде водного объекта () и зоне смешения и разбавления сточной воды водой водного объекта ().

Каждое слагаемое баланса можно записать как произведение концентрации загрязняющего вещества на расход (производительность) того вида воды, в котором содержится вещество. Следовательно, уравнение (3.29) примет вид:

(3.31)

Требуемая степень очистки сточной воды с учетом самоочищающей способности водного объекта достигается в том случае, если . При соблюдении последнего условия имеем право в уравнении (3.31) записать как , а как .

С учетом изложенного, уравнение (2.31) примет вид:

(3.32)

Преобразуя уравнение (3.32), получим:

(3.33)

Искомая цель расчета достигнута. Подставляя значение в уравнение (3.29), определяют требуемую степень очистки сточной воды.

Показатель можно выразить через кратность разбавления . Для этого выражение (3.32) надо разделить на и подставить значение :

(3.34)

Анализ этого уравнения позволяет рассмотреть две частные ситуации.

Ситуация первая. В водном объекте отсутствует ЗВ аналогичное веществу в сточной воде, т.е. . Тогда выражение (3.34) примет вид:

(3.35)

Ситуация вторая. Может случиться так, что с течением времени величина будет возрастать в результате замедленного самоочищения воды водного объекта (сбрасываемые ЗВ медленно разлагаются и нейтрализуются). В этом случае разбавлением можно пренебречь. Тогда уравнение (3.35) приобретает вид:

(3.36)

Возникающая при этом ситуация является самой тяжелой, так как сточную воду необходимо очистить до концентрации гораздо ниже , а именно до уровня .

Вариант 2 (наиболее типичный): в сточной воде содержится несколько различных нормированных ЗВ одного лимитирующего признака вредности с концентрацией . Методический подход к их нейтрализации заключается в следующем. Поскольку эти вещества одинаковой группы лимитирующего признака вредности, то необходимую степень очистки следует находить для наиболее трудно извлекаемого из сточных вод компонента.

Концентрация этого вещества в контрольном створе () должна быть равна:

(3.37)

При выполнении этого условия эффект очистки от других ЗВ также будет обеспечен, а санитарные нормы при наличии в воде нескольких веществ одной группы лимитирующего признака вредности выдержаны.

Определение необходимой степени очистки сточной воды по количеству взвешенных веществ (ВЗВ)

Так как ВЗВ не являются нормируемыми (т.е. ПДК для них отсутствуют), то «Правила охраны поверхностных вод» выставляют требование о том, чтобы при сбросе производственных сточных вод конкретным водопользователем содержание ВЗВ в контрольном створе не увеличивалось по сравнению с естественными (фоновыми) значениями более чем на некоторую величину , зависящую от вида водопользования водного объекта.

Для определения расчетной концентрации ВЗВ в сточных водах также составляется материальный баланс, который реализуется в уравнениях, аналогичных определению степени очистки сточных вод по содержанию нормированных ЗВ (3.30, 3.31).

В дальнейшем отличие расчета заключается в том, что в соответствии с требованиями «Правил…» величина по условию санитарной чистоты не должна (как показано выше) увеличиваться по сравнению с естественными (фоновыми) условиями более чем на величину , т.е. должно выполняться соотношение:

(3.38)

С учетом изложенного имеем:

(3.39)

откуда , (3.40)

или с учетом кратности разбавления () это выражение приобретает вид (путем подстановки в формулу выражения коэффициента ):

(3.41)

Необходимая степень очистки сточной воды на очистном сооружении определяется обычным путем по уравнению (3.29).

Приведенные выше формулы расчета необходимой степени очистки производственных сточных вод относятся к проточным водным объектам. Но в ряде случаев возникает необходимость выпуска сточных вод в непроточные водоемы (озера, водохранилища, моря). При перемешивании сточных вод с водами непроточных водоемов основную роль играют конструкция и глубина расположения выпуска, наличие прибрежных течений, ветровые воздействия и др. Руффель М.А. и Лапшев Н.Н. разработали методы расчета смешения сточных вод с водами непроточных водоемов, с помощью которых определяется либо общее разбавление (для озер, водохранилищ), либо так называемое наименьшее разбавление .

Как показано выше в проточных водоемах кратность разбавления в контрольном створе реки определяется по формуле (3.24), отсюда:

(3.42)

При расчете необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в непроточные водоемы в расчетные формулы (3.29 – 3.41) вместо выражения вводится выражение (), вследствие чего они приобретают следующий вид:

1. Концентрация нормированного ЗВ в спускаемых сточных водах:

, (3.43)

где – концентрация нормированного ЗВ в воде непроточного водоема;

2. Концентрация ВЗВ в спускаемых сточных водах:

(3.44)

На практике нередки случаи, когда действующие предприятия оказываются не в состоянии обеспечить сброс сточных вод в соответствии с расчетным значением ПДС, превышая его. В случае, если фактический сброс действующих предприятий превышает ПДС, местные органы Минприроды, Госкомвода по согласованию с органами Госсанэпиднадзора, могут устанавливать временно согласованные сбросы (ВСС) на период достижения ПДС за счет реализации мероприятий, которые разрабатываются водопользователями, т.е. устанавливать ВСС по аналогии с ВСВ, обеспечивая планомерное достижение расчетного ПДС.

---

Дата добавления: 2015-07-14