Строение атмосферы, гидросферы и литосферы

нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второму виду — участки водоемов, используемые для ку­пания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.

Отнесение водоемов к тому или иному виду водополь­зования производится органами Государственного сани­тарного надзора с учетом перспектив использования водо­емов. Приведенные в правилах нормативы качества воды во­доемов относятся к створам, расположенным на проточных водоемах на 1 км выше ближайшего по течению пун­кта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания и организованного отдыха, территория населенного пункта и т.д.), а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

Для каждого из двух видов водопользования прави­лами установлены приведенные ниже показатели состава воды водоема в пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Растворенный кислород. В воде водоема (после сме­шения с ней сточных вод) количество растворенного кис­лорода не должно быть менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня.

Биохимическая потребность в кислороде. Полная потребность воды в кислороде при температуре 20°С не должна превышать 3 и 6 мг/л для водоемов соответственно первого и второго вида, а также морей.

Взвешенные вещества. Содержание взвешенных ве­ществ в воде водоема после спуска сточных вод не дол­жно увеличиваться более чем на 0,25 и 0,75 мг/л для во­доемов соответственно первого и второго вида. Для водо­емов, содержащих в межень более 30 мг/л природных минеральных веществ, допускается увеличение концент­рации взвешенных веществ в воде до 5%. Сточные воды, содержащие взвешенные вещества со скоростью осаж­дения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и более 0,2 мм/с для водохранилищ, спускать запрещается.

Запахи и привкусы. Вода не должна приобретать за­пахов и привкусов интенсивностью более 3 баллов для морей и 2 баллов, обнаруживаемых для водоемов перво­го вида непосредственно или при последующем хлориро­вании и для водоемов второго вида непосредственно. Вода не должна сообщать посторонних запахов и привку­сов мясу рыбы.

Окраска. В столбике воды высотой 20 см для водоемов первого вида и 10 см для водоемов второго вида и морей окраска не должна обнаруживаться.

Реакция воды. После смешения со сточными водами реакция воды водоема должна быть 6,5рН8,5.

Ядовитые вещества. Концентрация ядовитых веществ не должна оказывать прямое или косвенное вредное дей­ствие на здоровье населения.

Плавающие примеси. Сточные воды не должны содержать минеральных масел и других плавающих веществ в таких количествах, которые способны образовать на поверхности водоема пленки, пятна и скопления.

Возбудители заболеваний. В воде водоемов не дол­жно быть возбудителей заболеваний. Сточные воды, со­держащие возбудители заболеваний, должны подвергать­ся обеззараживанию после предварительной очистки. Методы обеззараживания биологически очищенных сточ­ных вод должны обеспечивать коли-индекс не более 1000 при содержании остаточного хлора не менее 1,5 мг/л. Коли-индекс для морской воды должен быть согласован с органами Государственного санитарного надзора.

Минеральный состав. Для водоемов первого вида ми­неральный состав не должен превышать по плотному ос­татку 1000 мг/л, в том числе хлоридов 350 мг/л и сульфа­тов 500 мг/л, а для водоемов второго вида состав норми­руется по приведенному выше показателю “Привкусы”.

Температура. В результате спуска в водоем сточных вод температура воды в нем не должна повышаться ле­том более чем на 3° по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за пос­ледние 10 лет.

Нормативы качества воды водоемов, используемых в рыбохозяйственных целях. Эти нормативы установлены применительно к двум видам водопользования: к перво­му виду относятся водоемы, используемые для воспроиз­водства и сохранения ценных сортов рыб; ко второму — водоемы, используемые для всех других рыбохозяйст­венных целей. Вид рыбохозяйственного использования во­доема определяется органами Рыбоохраны с учетом пер­спективного развития рыбного хозяйства и промысла. Нормативы состава и свойств воды водоемов, исполь­зуемых для рыбохозяйственных целей, в зависимости от местных условий могут относиться к району выпуска сточных вод при быстром смешении их с водой водоема или к району ниже выпуска сточных вод с учетом возмож­ной степени их смешения и разбавления на участке от места выпуска до ближайшей границы рыбохозяйствен­ного участка водоема. На участках массового нереста и нагула рыб выпуск сточных вод не разрешается. При выпуске сточных вод в рыбохозяйственные водоемы предъявляются более высокие требования, чем при выпуске сточных вод в водоемы, используемые для питье­вых и культурно-бытовых нужд населения.

Растворенный кислород. В зимний период количество растворенного кислорода не должно быть ниже 6 и 4 мг/л для водоемов соответственно первого и второго вида, в летний период — не ниже 6 мг/л в пробе, отобранной до 12 ч дня для всех водоемов.

Биохимическая потребность в кислороде. БПК_полн при температуре 20 °С не должна превышать 3 мг/л в водо­емах обоих видов. Если в зимний период содержание ра­створенного кислорода в воде водоемов первого и вто­рого вида водопользования снижается соответственно до 6 и 4 мг/л, то можно допустить сброс в них только тех сточных вод, которые не изменяют ВПК воды.

Ядовитые вещества. Концентрация ядовитых веществ не должна оказывать прямое или косвенное вредное дей­ствие на рыб и водные организмы, служащие кормом для рыб.

Температура. В результате спуска в водоем сточных вод температура воды в нем не должна повышаться в лет­ний период более чем на 3°, а в зимний более чем на 5°. Следует учитывать, что с повышением температуры вос­приимчивость организмов к токсичным веществам увеличивается.

Предельно допустимые концентрации радиоактивных веществ в воде водоемов регламентируются “Санитар­ными правилами работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений”.

Большое внимание в последние годы уделяется вопро­сам предупреждения и устранения загрязнений прибреж­ных районов морей. Нормативы качества морской воды, которые должны быть обеспечены при спуске сточных вод, относятся к району водопользования в отведенных границах и к створам на расстоянии 300 м в сторону от этих границ. При использовании прибрежных районов морей в ка­честве приемника производственных сточных вод содер­жание вредных веществ в морях не должно превышать ПДК, установленные по санитарно-токсикологическому, общесанитарному и органолептическому лимитирующим показателям вредности. При этом требования к спуску сточных дифференцированы применительно к характеру водопользования. Море рассматривается не как источник водоснабжения, а как лечебный, оздоровительный, культурно-бытовой и гигиенический фактор. Правила относятся не к морю вообще, а к только к тем прибрежным его районам, которые предназначены для лечения, отдыха, купания, спортивных мероприятий и находятся в пределах границ населенных пунктов, санаториев, домов отдыха, туристических баз и пр.

Состав и свойства воды поверхностных водоемов в пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования не должны превышать нормативы, изложенные в приложении 1 к “Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами” и в переч­не “Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ори­ентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьево­го и культурно-бытового водопользования” (1983).

Основы нормирования в санитарной охране водоемов базируются на ПДК отдельных вредных веществ, посту­пающих в водоемы со сточными водами. Практически же в их составе после соответствующей очистки при спуске в водоемы содержатся десятки различных вредных ве­ществ, совместное присутствие которых может взаимно усиливать вредное воздействие.

С. Н. Черкинским была предложена методика расчета условий спуска производственных сточных вод при совместном присутствии в них нескольких вредных веществ. В соответствии с этой методикой сумма концентраций всех веществ (нормируемых по одному признаку вредности), выраженных в долях от соответствующих ПДК для каждого вещества в отдельности, не должна превы­шать единицы.

В соответствии с новыми разработками ПДК и ОБУВ лимитирующий признак вредности учи­тывается при совместном содержании нескольких вредных веществ в воде. В случае присутствия в воде веществ 1-го и 2-го класса опасности рассчитывается суммарный показатель (по методике С.Н. Черкинского) по формуле:

или

,

где С₁, С₂, …, С_i — концентрации веществ 1-го и 2-го класса опасно­сти в воде водоема;

С_1п.д., С_2п.д., ..., С_iп.д. — ПДК, установленные для соответствующих веществ в воде водоема.

Если при расчете условие формулы не соблюда­ется, то санитарное состояние водоема не удовлетворяет нормативным требованиям и необходимо осуществить мероприятия по повышению эффективности очистки про­изводственных сточных вод перед их спуском в водоем.

Все расчеты по определению условий спуска сточных вод в водоем следует производить для самых невыгод­ных гидрологических условий: для незарегулированных рек — на средний расход наиболее маловодного месяца гидрологического года 95%-ной обеспеченности;

для нижних бьефов зарегулированных рек — на ми­нимальный гарантированный пропуск гидроузла;

для озер и водохранилищ — при наименьших уровнях воды в них;

для морей, озер, водохранилищ — при наиболее неблагоприятном направлении течений к ближайшему пун­кту водопользования.

Условия спуска сточных вод в водоемы, изложенные в Правилах, распространяются на все объекты канализования независимо от их ведомственной подчиненности.

7. Очистка сточных вод от суспензий и взвесей.

При выборе способов и технологического оборудования для очистки сточных вод от примесей необходимо учитывать, что задан­ные эффективность и надежность работы любого очистного устрой­ства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентра­ций примесей и расходов сточной воды. Например, залповые сбросы отработанных технологических растворов в термических, травильных и гальвани­ческих цехах вызывают существенное увеличение концентрации тя­желых металлов в сточных водах на входе в очистные сооружения. Быстрое таяние снега, а также интенсивные дожди вызывают суще­ственное увеличение расхода поверхностных сточных вод на входе в очистные сооружения.

Для обеспечения нормальной эксплуатации очистных сооруже­ний в указанных случаях необходимо усреднение концентрации примесей или расхода сточной воды, а в некоторых случаях и по обоим показателям одновременно. С этой целью на входе в очист­ные сооружения устанавливают усреднители, выбор и расчет кото­рых определяются характеристиками залповых сбросов. Например, методика расчета усреднителей концентрации примесей, заключа­ющегося в определении объема усреднителя, зависит от значения коэффициента подавления

,

где С_max — максимальная концентрация примесей в залповых сбро­сах сточной воды;

С_ср — средняя концентрация примесей в сточной воде на входе в очистные устройства;

С_д — допустимая концентра­ция примесей в сточной воде, при которой обеспечивается нормаль­ная эксплуатация очистных сооружений.

При объем усреднителя определяют по формуле

,

где — превышение рас­хода сточных вод при залповом сбросе;

— продолжительность зал­пового сброса.

При объем усреднителя определяют по фор­муле

.

После расчета объема усреднителя выбирают необходимое число секций, исходя из условия

,

где Н — высота секции усреднителя;

=0,0025 м/с — допус­тимая скорость движения сточной воды в усреднителе.

Существует большое количество способов очистки сточных вод и различные виды их классификации. Выбор необходимых способов при проектировании станций очистки, как правило, основывается на виде и концентрации преобладающих примесей сточных вод, а именно механических (взвешенных), растворенных и органических. В данном вопросе рассматривается очистка сточных вод только от суспензий и взвесей.

Очистка сточных вод от твердых частиц в зависимости от их свойств, концентрации и фракционного состава на предприятиях осуществляется методами процеживания, от­стаивания, отделения твердых частиц в поле действия центробеж­ных сил и фильтрования.

Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод — предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процежива­ние сточных вод осуществляется пропусканием воды через решетки и волокноуловители. Решетки, изготовленные из металлических стержней с зазором между ними 5 - 25 мм, устанавливают в коллекторах сточных вод вертикально или под углом 60 - 70° к горизонту. Размеры попереч­ного сечения решеток выбирают из условия минимальных потерь давления потока на решетке. Скорость сточной воды в зазоре меж­ду стержнями решетки не должна превышать значений 0,8 - 1,0 м/с при максимальном расходе сточных вод. Расчет решеток сводится к определению числа зазоров n, ширины решетки B и потерь напора сточной воды на ней по формулам:

,

где Q_V — объемный расход сточной воды;

b — ширина прозора;

H — глубина коллектора;

— скорость движения сточной воды в прозорах;

,

где — толщина стержня;

,

где — скорость в канале перед решеткой (=0,7 – 0,8 м/с);

k — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления решетки в процессе осаждения в ее зазорах примесей сточных вод, принимает­ся равным 2 - 3;

— коэффициент местного сопротивления решеток;

;

— коэффициент, характеризующий форму попе­речного сечения стержней решетки: для круглых стержней рав­но 1,79; прямоугольных — 2,42; овальных — 1,83;

— угол накло­на решетки к горизонту.

При эксплуатации решетки должны непрерывно очищаться, что осуществляется, как правило, механически, и лишь при задержании примесей в количествах менее 0,0042 м³/ч допускается ручная очистка. Промышленность выпускает вертикальные решетки марки РММВ-1000, применяемые при ширине и глубине коллектора, равных 1000 мм, а также наклонные решетки марок МГ98, МГ98, используемые при ширине коллектора, равной 800 (1600) мм, и глубине 1200 (2000) мм. Эти решетки очищают от задерживаемых примесей механически с помощью вертикальных (РММВ-1000) и поворотных граблей. В зависимости от состава примеси, снятые с решеток, измельчают на специальных дробилках и сбрасывают в поток сточной воды за решеткой или направляют на переработку. Однако эта процедура усложняет технологическую схему очистки сточных вод и ухудшает качество воздушной среды в помещениях очистных станций. Для устранения этих недостатков применяют решетки-дробилки, измельчающие задержанные приме­си, не извлекая, их из воды. Промышленность выпускает решетки-дробилки марок РД-200 и РД-600 с диаметром барабанов соответ­ственно 200 и 600 мм. Средний размер измельченных ими примесей не превышает 10 мм.

Отстаивание основано на особенностях процесса осаждения твер­дых частиц в жидкости. При этом может иметь место свободное осаждение неслипающихся частиц, сохранивших свои формы и раз­меры, и осаждение частиц, склонных к коагулированию и изменя­ющих при этом свою форму и размеры. Закономерности свободного осаждения частиц практически сохраняются при объемной концен­трации осаждающихся частиц до 1%, что соответствует их массо­вой концентрации не более 2,6кг/м³ (для частиц с =2600 кг/м³).

Расчет очистных сооружений для отстаивания сточных вод тре­бует определения скорости осаждения (скорости витания) твердых частиц в жидкости. Скорость осаждения может быть получена решением уравнения Стокса для движения сферической частицы в жидкости с учетом влияния силы гидравлического сопротивления, массовых сил и силы Архимеда:

Это уравнение справедливо для ламинарного режима движе­ния (осаждения) частицы в жидкости. С увеличением размеров час­тиц скорости их осаждения возрастают и ламинарный режим течения нарушается. Для крупных частиц (d_ч>1мм) скорость осажде­ния определяется по формуле Риттенгера

где k — коэффициент, зависящий от формы и состояния поверхно­сти частиц. Экспериментальные исследования показали, что в зависимости от вида частиц, их формы, размеров и состояния поверхно­сти величина коэффициента k составляет 1,2...2,3.

Очистку сточных вод отстаиванием осуществляют в песколовках и отстойниках. Песколовки применяют для выделения частиц песка (стоки литейных цехов), окалины (стоки кузнечно-прессовых и про­катных цехов) и т.д. В зависимости от направления движения сточной воды песколовки делят на горизонтальные с прямолиней­ным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые пес­коловки.

В горизонтальной песколовки с прямолинейным движением сточной воды, вода поступает в песко­ловку через входной патрубок. Оседающие в процессе движения воды твердые частицы скапливаются в шламосборнике и на дне песколовки, а очищенная сточная вода через выходной патрубок направляется для дальнейшей обработки. Удаление осадка из пес­коловок осуществляют, как правило, ежесуточно. Глубину h₁ выби­рают из условия : где — время движения воды в песколовке, составляет обычно 30...100 с. Длину песколовки определяют по формуле , где =0,15...0,3 м/с — скорость движения воды в песколовке; k=1,3...1,7 — коэффициент, учитывающий влия­ние турбулентности и неравномерности скоростей движения сточной воды в песколовке. Ширину В песколовки определяют с учетом реализации заданного расхода сточных вод (Q); , где n — число секций в песколовке.

Расчет вертикальных песколовок заключается в определении требуемой ее глубины в предположении , где =0,03...0,04 м/с — вертикальная составляющая скорости движения воды; время пребывания сточной воды в песколовке для практиче­ских расчетов принимают 120 с.

Для разделения твердых частиц по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки, в состав которых входят входная труба, воздуховод, воздухораспредели­тели, выходная труба, шламосборник с отверстием для уда­ления шлама. Крупные фракции осаждаются, как и в горизонталь­ных песколовках. Мелкие же частицы, обволакиваясь пузырьками воздуха, всплывают наверх и с помощью скребковых механизмов удаляются с поверхности. Длина таких песколовок . Время пребывания сточ­ной воды в песколовке составляет 30...90 с, =0,l...0,2 м/с, удель­ный расход аэрируемого воздуха 0,00083...0,0014 м³/(м²*с).

Отстойники использу­ют для выделения из сточных вод твердых час­тиц размером менее 0,25 мм. По направлению дви­жения сточной воды в отстойниках последние делят на горизон­тальные, вертикальные, радиальные и комбинированные.

При расчете отстойников определяют его длину и высоту. Суще­ствует несколько методов расчета длины отстойников, отличающих­ся физической моделью течения жидкости в нем с учетом завихре­ний жидкости, осаждения частиц и т.п.

Расчетная схема горизонтального отстойника, предложенная А. И. Жуковым. Здесь отстойник по длине разбит на три зоны: в первой зоне длиной l₁ наблюдается неравномерное распределение скоростей по глубине потока. Длина этой зоны , где h_o — высота движущегося слоя в начале отстойника, принима­ется равной 0,25 Н; k= (0,018 - 0,02). Во второй зоне длиной l₂ скорость потока считается постоянной. При движении в этой зоне большая часть частиц загрязнений долж­на осесть в иловую часть отстойника, поэтому , где h₁ — максимально возможная высота подъема частицы в первой зоне. В третьей зоне длиной l₃ скорость потока увеличивается, и ус­ловия осаждения частиц ухудшаются. Длина этой зоны определя­ется по формуле , где — угол сужения потока жидко­сти в выходной части отстойника, принимается равным 25 - 30°.

Для расчета длины отстойника L=l₁+l₂+l₃ должны быть за­даны: расход сточной воды и геометрические размеры поперечно­го сечения отстойника.

Схема вертикального отстойника. В нем очищаемая сточная вода поступает по трубопроводу в кольцевую зону, образованную цилиндрической перегородкой и корпусом отстойника. В процессе вертикального движения сточ­ная вода встречает на своем пути отражательное кольцо, направ­ляющее поток воды во внутреннюю полость перегородки, а твер­дые частицы оседают в шламосборник. Очищенная сточная вода поступает в кольцевой водосборник и через трубопровод выво­дится из отстойника. Осадок, скапливающийся в шламосборнике, периодически удаляется из него через трубопровод. При заданном расходе очищаемой сточной воды геометрические размеры отстой­ника выбирают таким образом, чтобы скорость движения сточной воды в кольцевой зоне не превышала скорость оседания твердых частиц в воде. Вертикальные отстойники используют для выделе­ния окалины из сточных вод кузнечно-прессовых и прокатных цехов.

Широкое применение для очистки производственных сточных вод на больших заводах находят радиальные отстойники, обладающие высокой производительностью. Очищаемая сточная вода по входному патрубку с расширяющимся диаметром сечения на выходе поступает в отстойник и движется в радиальном направлении. Увеличение выходного диаметра патрубка обеспечи­вает при заданном расходе уменьшение скорости истечения сточ­ной воды из трубопровода и, следовательно, увеличение вероятно­сти ламинарного осаждения твердых частиц в отстойнике. Очищен­ная сточная вода по отводящим трубопроводам направляется для дальнейшей обработки, а шлам направляется в шламосборник вращающимся скребком и через канал периодически удаляется из отстойника. Диаметр отстойника рассчитывают по скорости осаждения наиболее мелких твердых частиц , за­держиваемых в отстойнике . На промышленных предприятиях используют радиальные отстойники конструкции ВНИИ ВОДГЕО производительностью 0,2...0,362 м³/с.

Отделение твердых примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах и центри­фугах. Открытые гидроциклоны применяют для отделения из сточных вод крупных твердых частиц со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Преимущества открытых гидроциклонов перед напорны­ми — большая производительность и малые потери напора, не пре­вышающие 0,5кПа. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от характеристик примесей (вида материала, размеров и формы частиц и др.), а также от конструк­ционных и геометрических характеристик самого гидроциклона.

Схема открытого гидроциклона. Он состоит из входного патрубка, кольцевого водослива, трубы для отвода очищенной воды и шламоотводящей трубы. Кроме ука­занной схемы известны гидроциклоны с нижним отводом очи­щенной воды и циклоны с внутренней цилиндрической перего­родкой.

Производительность открытого гидроциклона Q_V=0.785*qD²,

где D — диаметр цилиндрической части гидроциклона;

q — удель­ный расход воды, определяемый по формуле ; для откры­тых гидроциклонов с внутренней цилиндрической перегородкой .

При проектировании открытых гидроциклонов рекомендуются следующие значения геометрических характеристик: D=2...l0 м; высота цилиндрической части H=D; диаметр входного отверстия d=0,1D (при одном отверстии), при двух входных отверстиях d=0,0707D; угол конической части =60°.

Напорные