Определение степени очистки сточных вод

Необходимую степень очистки сточных вод устанавливают по различным нормируемым показателям. Кроме того, различают условия выпуска сточных вод в проточный и не проточный водоемы. Сечение русла реки перпендикулярное направлению его течения, называют створом. Различают створ спуска сточных вод, контрольный створ и створ водопользования.

Условие выпуска сточных вод в проточный водоем, где происходит смешение и разбавление сточных вод водами реки, по нормативному показателю содержания вредных веществ определяется неравенством:

C_стq + αC_рQ ≤ (αQ + q) C_i, (1)

где С_ст, С_р, С_i – концентрация данного загрязнения в сточных водах, в реке перед створом сброса сточных вод и в контрольном створе (в общем случае на расстоянии 0,5–1,0 км выше по течению перед пунктом водопользования), соответственно, г/м³;

α – коэффициент смешения, учитывающий особенности водотока и сброса сточных вод;

q и Q – расход стоков и воды в реке соответственно, м³/с.

Это уравнение позволяет прогнозировать санитарное состояние воды при всех заданных и известных характеристиках водного объекта путем сравнения С_iс установленным для данного вещества значением С_пдк.

Если С_i ≤ С_пдк, то меры, принимаемые для очистки и разбавления сточных вод, достаточно эффективны.

Максимальная предельно допустимая концентрация в сточных водах предприятия (С_ст.п.д) рассчитывается по уравнению:

С_ст.п.д = (С_пдк– С_р) αQ/q + C_пдк (2)

Если С_р = С_пдк, то С_ст.п.д = С_пдк, значит

ПДС = q С_ст.п.д, (3)

где ПДС – предельно допустимый сброс, г/с.

Если С_р больше, чем С_пдк, то сброс вредных веществ в водоем запрещен и предприятие не должно иметь стоков, или сточные воды предприятия не должны содержать данных загрязняющих веществ.

Коэффициент смешения (α) определяют по формуле Фролова–Родзиллера, учитывая влияние ряда гидравлических и гидрологических характеристик:

α = (1 – β)/(1 + β Q/q), (4)

β = exp [–b (l_ф)^1/3], (5)

где l_ф – расстояние по фарватеру в месте выпуска сточных вод до ближайшего створа водопользования, м;

b – коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения.

Коэффициент b, учитывающий гидравлические условия смешения рассчитывают по формуле:

b = (φl_ф/l_пр) (E/q)^1/3, (6)

где φ – коэффициент, равен 1 при береговом и 1,5 при стрежневом выпуске сточных вод;

l_пр.– длина по прямой между створами сброса сточных вод и створом водопользования, м;

Е – коэффициент турбулентной диффузии

Коэффициент турбулентной диффузии E для равнинных рек определяется по формуле:

E = V_срH_ср/200, (7)

где V_ср – средняя скорость течения реки, м/с; H_ср – средняя глубина реки, м

Кратность разбавления (n) определяют по формуле

n = (αQ+q)/q или n = 1 + αQ/q (8)

отсюда можно найти:

α = (n – 1) q/Q (9)

C_ст + (n – 1) C_р = nC_пдк(10)

n = (C_ст – C_р)/(C_пдк – C_р) (11)

Условие сброса сточных вод в непроточный водоем (озера, водохранилища, моря, болота и прочие) определяют соотношением:

C_ст ≤ C_вод + n (C_пдк – C_вод), (12)

где n – кратность наименьшего разбавления; С_вод – концентрация загрязняющего вещества в водоеме (г/м³).

Для водотоков допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме хозяйственно-питьевого снабжения пищевых предприятий С_доп = 0,25 г/м³, для водотоков культурно-бытового назначения С_доп = 0,75 г/м³.

С_пдк= nС_доп + С_вод (13)

Взвеси со скоростью осаждения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и более 0,2 мм/с для водохранилищ к спуску запрещаются. Для расчетов можно использовать метод И.А. Руффеля. Считается, что коэффициент полного разбавления (n_полн) стоков водой водоема является результатом совместного влияния начального разбавления (n_нач₎, происходящего вблизи водосброса за счет скорости и турбулентности струи, и основного разбавления (n_осн), осуществляющегося за счет диффузии:

n_полн = n_нач n_осн (14)

Для этих расчетов используют дополнительные формулы, учитывающие особенности сброса (глубинный, поверхностный) и графики-номограммы, приводимые в нормативных документах.

Необходимую степень очистки по растворенному в воде кислороду, окраске, запаху, температуре и минеральному составу устанавливают опытным путем.

В водоемах любых видов водопользования при расчетном отводе сточных вод изменения рН должно быть в пределах 6,0–9,0.

С учетом этих требований определяют максимально допустимое содержание кислоты (щелочи) в сточных водах С_ст.к (С_ст.щ), в мл нормального раствора (С), которым можно нейтрализовать один литр воды водоема при условии, что при расчетном отводе стоков рН водоема останется в пределах санитарных требований:

C_ст.к или С_ст.щ = (n – 1) C (15)

Допустимое содержание органических веществ (L) в сточных водах, спускаемых в проточный водоем, определяют по БПК_полн сточных вод с учетом биохимического процесса самоочищения воды водоема, поэтому следует обеспечить БПК_полн сточных вод с учетом сохранения в воде водоема минимального количества растворенного в воде кислорода:

L_ст.п.д = (α Q/q) ( – KL_р – ) – (/K), (16)

где L_ст.п.д – предельно допустимые БПК_полн сточных вод, мг/л;

L_р– БПК_полн речной воды, г/м³; α – коэффициент смешения;

К = 0,4, коэффициент для пересчета БПК_полн в двухсуточное БПК;

Q – расход воды в реке м³/сут;

q – расход спускаемых сточных вод, м³/сут; – минимальное содержание кислорода в воде, принимаемое равным 4 или 6 г/м³ для водоемов питьевого или рыбохозяйственного водопользования, соответственно;

– концентрация растворенного кислорода в речной воде до створа сброса сточных вод, г/м³ .

Для водоемов хозяйственно-питьевого назначения допустимое значение БПК_полн в спускаемых в водоем стоках принимает следующий вид:

L_ст.п.д = (α Q/q) ( – 0,4L_р – 4) – 10

На основе определения степени разбавления сточных вод в водоеме и учитывая возможность самоочищения, определяют БПК_полн сточных вод, содержащих органические вещества в количестве допустимом для сброса в водоем (L_ст,г/м³):

L_ст = (α Q/q ) (L_п.д– L_р ) + (L_п.д / ) (17)

где L_ст, L_п.д, L_р – БПК_полн, допустимая в сточной воде; нормируемая предельно допустимая смеси речной и сточной воды в расчетном створе и речной воде до выпуска сточных вод, г/м³;

Q и q – расход воды в реке и в спускаемых сточных водах соответственно, м³/с;

α – коэффициент смешения;

K_ст, K_р – константы скорости потребления кислорода сточной и речной водой, зависящие от температуры и вида органического вещества; в случае спуска бытовых и подобных им по составу сточных вод, содержащих легкоокисляемые органические примеси, обычно K_ст = K_р = 0,1; t – время движения воды от створа выпуска до контрольного створа, сут.

Время движения воды t от створа выпуска до контрольного створа определяют так:

t = l_ф/V_ср (18)

где l_ф – расстояние по фарватеру между створом выпуска сточных вод и контрольным створом, м;

V_ср – средняя скорость течения реки, м/сут.

Содержание в сбрасываемой сточной воде вредных веществ в пределах установленных нормативов определяют по формуле:

С_ст ≤ α Q/q (С_п.д – С_р) + С_п.д, (19)

где С_ст, С_п.д, С_р – концентрация вредных веществ в сточных водах, предельно допустимая и в речной воде до сброса в створе, мг/л или г/м³;

α – коэффициент смешения;

Q и q – расход воды в реке и в спускаемых сточных водах соответственно, м³/с.

Необходимую степень или эффективность очистки (Э, %) рассчитывают по формуле

Э = 100 (С_нач – С_кон) / С_нач (20)

где С_нач и С_кон – начальное и конечное или допустимое содержание загрязняющих веществ в сточных водах, соответственно, г/м³.

Эффективность очистки стоков свиноводческого комплекса «Заволжский» в отстойниках-накопителях представлена в таблице далее.

Таблица 1. Эффективность очистки стоков в отстойниках

Показатели	Сточные воды		Эффективность очистки Э, %
Показатели	поступающие в отстойник	сбрасываемые из отстойника	Эффективность очистки Э, %
Величина рН	7,4	7,0	–
Взвешенные вещества, мг/л	9080	4741	47,8
Азот аммонийный, мг/л	504	498	1,2
БПК₅, мг/л	6229	4317	30,7
ХПК, мг/л	9974	7851	21,3

При сравнении различных способов очистки и обеззараживания сточных вод производят сравнительный анализ экономической эффективности. В связи с тем, что производительность оборудования различна, при их сопоставлении используют показатель удельных капитальных вложений на единицу производительности (м³/ч) той или иной установки (табл. 2).

Таблица 2. Сводные показатели экономической эффективности (%) обезжиривания сточных вод мясокомбинатов различными установками

Показатели	Жироловки «Гипромясо»	Флотаци-онные машины М-7	Электро-флотаци-онная установка	Сепа-раторы трех-фазные
Эффективность обезжиривания, %	50	70	более 90	75–93
Остаточное содержание жира в обработанной воде, мг/л	600–1000	10–180	14–85	500–1500
Удельные капитальные затраты на единицу производительности (м³/ч) установки, руб.	137	150	100	590
Себестоимость, руб: обработка 1000 м³ воды извлечение 1 т жира	14,4 14,4	19,0 13,6	22,9 12,7	– 24,1
Приведенные удельные затраты, руб.	28,1	28,6	22,7	83,1