Определение показателей допустимого воздействия сточных вод предприятий на водные объекты

Предисловие

Современное промышленное производство оказывает на окружающую среду (ОС) многообразное, часто негативное, воздействие. Это - загрязнение ОС вредными (токсичными) веществами, истощение ресурсов, изменение природных и возникновение техногенных ландшафтов.

В настоящем учебно-методическом пособии (далее по тексту - пособие) рассматриваются вопросы, связанные с загрязнением атмосферы (работа № 1), водных объектов (работа № 2), а также классификация твердых отходов предприятия по опасности для ОС с целью размещения их на полигонах твердых бытовых отходов (работа № 3).

Наиболее значимым показателем, характеризующим воздействие вредных (опасных) химических веществ на окружающую среду вообще и человека, в частности, является предельно допустимая концентрация этих веществ - ПДК.

При нормировании концентраций загрязняющих веществ в атмосфере используют принцип лимитирующего показателя. Согласно этому принципу, нормирование проводится по наиболее чувствительному показателю. Например, если запах вещества ощущается при концентрациях, которые не оказывают вредного влияния на человека и окружающую среду, то нормирование производят с учетом порога обонятельного ощущения. Если же вещество оказывает на объекты окружающей среды (животных или растения) вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из действия вещества на природные объекты. В настоящее время для оценки загрязнения воздуха населенных мест используют два норматива. Первый - разовая или максимально разовая предельно допустимая концентрация – ПДКмр
, второй – среднесуточная концентрация –
ПДКсс.

Максимально разовая ПДК устанавливается с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин), а среднесуточная– с целью предупреждения их токсического влияния (общетоксического, канцерогенного, мутагенного и др.).

Величина максимально разовой ПДК устанавливается в результате экспериментов с людьми, кратковременно (от 5 до 20 мин) вдыхающими воздух, содержащий малые концентрации изучаемого вещества. Содержание этих веществ в воздухе безопасно для человека. В качестве критерия предельно допустимого содержания загрязняющих веществ в атмосфере принимается, прежде всего, отсутствие запаха. Минимальная ощутимая концентрация для наиболее чувствительных лиц принимается за пороговую концентрацию по обонятельному ощущению. Установив ее, приступают к поиску пороговых и подпороговых концентраций по рефлекторным реакциям.

Для установления среднесуточных ПДК проводят токсикологический эксперимент на животных. Результаты, полученные в хроническом опыте на животных, переносят на людей.

Наряду с ПДК веществ в воздухе населенных мест (ПДКнм
) токсичность (опасность) вещества может быть охарактеризована ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны - ПДКрз
. Это такая концентрация вещества, которая при ежедневной (кроме выходных) работе в пределах 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболевания или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Вредные (опасные) вещества, содержащиеся в сточных водах промышленных предприятий и организаций (например, научно-исследовательских), сбрасываемых в водные объекты (водоемы), так же могут быть охарактеризованы ПДК (допустимыми концентрациями - ДК). Среди этих показателей рассмотрим два: ПДКв
и ПДКрх
.

ПДКв
(мг/л) - предельно допустимая концентрация вещества в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования – концентрация химического вещества в воде, при превышении которой вода становится непригодной для этого вида водопользования.

ПДКрх
(мг/л) - предельно допустимая концентрация вещества в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения – экспериментально установленное максимально допустимое содержание в водном объекте вредного вещества, при котором не возникают последствия, снижающие его рыбохозяйственную ценность или затрудняющие его рыбохозяйственное использование.

Из остальных многочисленных показателей, характеризующих отрицательное воздействие химических веществ на объекты окружающей среды (и, в первую очередь, человека) рассмотрим только показатели, используемые в работе № 3, которые приведены ниже:

- ПДКп
, мг/кг – предельно допустимое количество вещества в почве – количество, которое не должно вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой окружающую среду, здоровье человека, а также самоочищающую способность почвы;

- ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия – временный гигиенический норматив содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе населенных мест, воде водоемов, продуктах питания. Используется для целей предупредительного санитарного надзора. Устанавливается расчетным методом по физико-химическим свойствам для химических веществ, на которые ПДК не установлены и обосновывается каждые 2 года для воздуха и каждые 3 года – для воды;

- LD50
, мг/кг – средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего вещества на 1 кг живого веса, вызывающая гибель 50% подопытных животных при однократном пероральном
введении в унифицированных условиях;

- LD50
к
, мг/кг – средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего вещества на 1 кг живого веса, вызывающая гибель 50% подопытных животных при однократном нанесении на кожу
в унифицированных условиях;

- LC50
, мг/м3
– средняя смертельная концентрация вещества, вызывающая гибель 50% подопытных животных при ингаляционном
поступлении действующего вещества в виде паров или аэрозолей в унифицированных условиях.

Курсовая работа № 2

Определение показателей допустимого воздействия сточных вод предприятий на водные объекты

Цель работы

1) Определить предельно допустимый сброс загрязняющих веществ со сточными водами предприятий в водоемы хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования.

2) Определить приведенный объем сточных вод.

Введение

Общий порядок разработки, рассмотрения и согласования нормативов допустимого воздействия сточных вод (СВ) на водные объекты определяет Водный кодекс РФ [11]

В соответствии с ним для каждого источника загрязнения вод[1]
устанавливают предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющего вещества в поверхностные водные объекты. При этом учитываются ассимилирующая способность водного объекта[2]
и оптимальное распределение массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды.

Выпуск в водоемы СВ должен, как правило, осуществляться таким образом, чтобы была обеспечена возможность наиболее полного смешения СВ с водой водоема в месте их выпуска (применение специальных конструкций и режимов).

Условия сброса СВ в водоем принято оценивать с учетом их влияния на качество воды у ближайшего пункта водопользования, т.е. в контрольном створе[3]
(рис.2.1).

Рис. 2.1. Ситуационная блок-схема сброса сточных вод в водоемы хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования. Пояснения в тексте

Предельно допустимый сброс (ПДС, г/с)
загрязняющего вещества в водный объект – это 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 створе или на участке водного объекта с учетом вида водопользования.

Нормативы ПДС устанавливаются исходя из условия недопустимости превышения ПДК вредных веществ в водных объектах. Нормативы ПДК вредных веществ в водных объектах и СВ устанавливаются исходя из условий целевого использования водного объекта[4]
.

В соответствии с санитарными требованиями дополнительно рассчитываются максимальная допустимая предельная концентрация взвешенных веществ в СВ и температура СВ, при которой в пункте водопользования летняя температура речной воды не должна повышаться в результате спуска СВ более, чем на 3°С.

В данной работе расчет ПДС осуществляется для консервативных веществ[5]
по санитарно-токсикологическому показателю вредности[6]
для водоемов, относящихся к хозяйственно-питьевому и культурно-бытовому[7]
видам водопользования.

2.1. Определение предельно допустимых сбросов

ПДС (г/с) рассчитывается по формуле:

ПДС = Спр
q (2.1)

где Спр
– максимальная (предельная) концентрация, которая может быть допущена в СВ, или тот уровень очистки СВ, при котором после их смешения с водой водоема у первого (расчетного) пункта водопользования степень загрязнения не должна превышать предельно допустимую концентрацию данного загрязняющего вещества в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв
), мг/л;

q – разбавляемая сточная вода, поступающая в водоем, м3
/с.

Предельная концентрация Спр
(мг/л) для консервативных веществ рассчитывается по формуле:

Спр
£ ПДКв
+ (n – 1) (ПДКв
– Сф
) (2.2)

где ПДКв
– предельно допустимая концентрация химического вещества в воде, мг/л;

Сф
– фоновая концентрация загрязняющего вещества в воде водоема до сброса СВ, мг/л;

n – реальная кратность разбавления СВ, которую в общем случае следует определять по формуле:

n = (gQ + q) / q(2.3)

где Q – разбавляющая вода водоема, м3
/с;

g – коэффициент, указывающий на степень полноты разбавления сточных вод в водоеме.

Для расчета g используются коэффициенты, учитывающие условия выпуска СВ и гидрологические особенности водоема:

g = [1 – b] / [1 + (bQ / q)] (2.4)

b = e
–х
; х = aLф
1/3
(2.5)

где e
– основание натурального логарифма, e
= 2,72;

Lф
– расстояние до рассматриваемого створа по течению (по фарватеру) реки, м;

a – коэффициент, учитывающий гидрологические факторы смешения; рассчитывается по формуле:

a = xj (D / q)1/3
(2.6)

где x – коэффициент, зависящий от места выпуска стока в реку:

x = 1,0 – при выпуске у берега;

x = 1,5 – при выпуске в стрежне реки (глубокая часть речного русла с большой скоростью течения);

j – коэффициент извилистости реки, который определяется по формуле:

j = Lф
/ Lпр
(2.7)

где Lф
– расстояние по фарватеру полной длины русла от выпуска СВ до рассматриваемого створа, м;

Lпр
– расстояние между фарватером и рассматриваемым створом по прямой, м;

D – коэффициент турбулентной диффузии, определяемый по формуле:

D = Vср
Hср
g / 2 m Cш
(2.8)

где Vср
– средняя скорость течения, м/с;

Hср
– средняя глубина, м;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2
;

m – коэффициент Буссинского, м1/2
/с; m = 24 м1/2
/с;

Сш
– коэффициент Шези, зависящий от типов водотоков и их характеристик, м1/2
/с; принимает значения от 10 до 70.

2.2. Определение приведенного объема сточных вод

Приведенный объем сточных вод Пq
представляет собой условную величину, позволяющую в сопоставленном виде (путем разбавления до норм ПДК) выразить вредность загрязняющих ингредиентов, которые содержатся в СВ различных производств.

Расчет Пq
(м3
/с) ведется по формуле:

Пq
= (ПДС – q ПДКв
) / ПДКв
(2.9)

где ПДС – предельно допустимый сброс загрязняющего вещества, г/с;

q – разбавляемая сточная вода, поступающая в водоем, м3
/с;

ПДКв
– предельно допустимая концентрация химического вещества в воде, мг/л.

Порядок выполнения работы

1) Вариант задания соответствует № студента по кафедральному журналу.

2) Рассчитать ПДС (г/с) для каждого вещества, поступающего с СВ в водоем, по формуле 2.1.

3) Определить приведенный объем сточных вод Пq
(м3
/с) по формуле 2.9.

4) Ранжировать приведенные объемы по каждому загрязняющему веществу (Пq 1
> Пq 2
> Пq 3
) и сделать вывод о том, какое загрязняющее вещество является наиболее опасным.

5) Для получения зачета по работе № 2 студент письменно (или устно, по указанию преподавателя) отвечает на заданные ему контрольные вопросы.

Задание к работе № 2

Вариант задания соответствует № студента по кафедральному журналу.

В сточных водах, сбрасываемых в реку, могут быть следующие металлы: медь, никель, цинк, свинец и хром. Осуществляются расчеты тех примесей, для которых указана фоновая концентрация.

Задание к работе представлено тремя таблицами: в таблице 2.1 приведены условия сброса сточных вод; в таблице 2.2 – характеристики рек; в таблице 2.3 – предельно допустимые концентрации металлов в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования.

Таблица 2.1.

Исходные данные для выполнения работы № 2

№	Река	q, м3 /с	Lф , м	Lпр , м	Характер выпуска СВ в реку	Сф , % от ПДКв
						Cu	Ni	Zn	Pb	Cr
1.	Воронеж	8	9000	7000	у берега	15	10	15	-	-
2.		7	8000	5000	в стрежне	-	10	15	3	-
3.	Урал	8	5000	3700	у берега	20	20	18	-	-
4.		7	4800	3500	в стрежне	-	20	18	8	-
5.	река Кольского п-ва	8	7900	6700	у берега	20	20	15	-	-
6.		7	7800	5500	в стрежне	-	20	15	10	-
7.	Иртыш	8	4900	3700	у берега	20	16	20	-	-
8.		7	4800	3500	в стрежне	-	16	20	12	-
9.	Воронеж	6	7000	4000	у берега	15	-	15	-	3
10.		5	6000	3000	в стрежне	15	10	15	-	-
11.	Урал	6	4400	3400	у берега	20	-	18	-	5
12.		5	2600	1300	в стрежне	20	20	18	-	-
13.	река Кольского п-ва	6	6700	4800	у берега	20	-	15	-	5
14.		5	4000	2200	в стрежне	20	-	15	10	-
15.	Иртыш	6	4700	2400	у берега	20	-	20	-	5
16.		5	3600	2300	в стрежне	20	16	20	-	-
17.	Воронеж	4	5000	2000	у берега	-	10	15	3	-
18.		5	4000	2000	в стрежне	15	-	15	3	-
19.	Урал	4	3500	2200	у берега	-	20	18	8	-
20.		5	4800	3200	в стрежне	20	-	18	8	-
21.	река Кольского п-ва	5	6600	3300	в стрежне	20	20	15	-	-
22.		4	5400	3200	у берега	-	20	15	10	-
23.	Иртыш	4	3500	2100	у берега	-	16	20	12	-
24.		6	3000	1800	в стрежне	20	-	20	-	5
25.	Воронеж	6	3000	1000	в стрежне	15	-	15	-	3

Таблица 2.2.

Характеристики рек

Река	коэффициент Шези СШ	расход разбавляющей воды водоема Q, м3 /с;	средняя скорость течения реки Vср , м/с;	средняя глубина реки Нср , м
Воронеж	55	65	1,6	1,8
Иртыш	40	55	2,6	1,4
Небольшая река Кольского полуострова	30	45	3,0	0,8
Урал	35	50	2,2	1,2

Таблица 2.3.

Предельно допустимые концентрации металлов в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования

Металлы	Cu	Ni	Zn	Pb	Cr
ПДКв , мг/л	0,1	0,1	1,0	0,01	0,005

[1]
Источник загрязнения вод – источник, вносящий в поверхностные или подземные воды загрязняющие воду вещества, микроорганизмы или тепло

[2]
Ассимилирующая способность водного объекта – способность водного объекта принимать определенную массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования (ГОСТ 17.1.1.01.-77)

[3]
Контрольный створ в задачах установления нормативов ПДС – это поперечное сечение водного потока, в котором контролируются показатели качества воды

[4]
статья 109 Водного кодекса РФ

[5]
Консервативные вещества – вещества, которые не взаимодействуют с водой и не подвергаются биологическому разложению

[6]
см. учебное пособие, стр.97

[7]
Хозяйственно-питьевое водопользование
предусматривает использование воды в качестве источников водоснабжения. В соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 питьевая вода должна быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства. Культурно-бытовое водопользование
осуществляется там, где население отдыхает в окрестностях водоема в свободное от работы время. Согласно действующим нормативам требования к качеству поверхностных вод, установленные для культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест