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 - ПДК_мр, второй - среднесуточная концентрация - ПДК_сс.

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 (ПДК_нм) токсичность (опасность) вещества может быть охарактеризована ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны ПДК_рз. 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: ПДК_в и ПДК_рх.

ПДК_в (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.

ПДК_рх (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:

- ПДК_п, 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 Источник загрязнения вод - источник, вносящий в поверхностные или подземные воды загрязняющие воду вещества, микроорганизмы или тепло устанавливают предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющего вещества в поверхностные водные объекты. При этом учитываются ассимилирующая способность водного объекта 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) 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 Контрольный створ в задачах установления нормативов ПДС - это поперечное сечение водного потока, в котором контролируются показатели качества воды (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 статья 109 Водного кодекса РФ.

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 3С.

В данной работе расчет ПДС осуществляется для консервативных веществ Консервативные вещества - вещества, которые не взаимодействуют с водой и не подвергаются биологическому разложению по санитарно-токсикологическому показателю вредности см. учебное пособие, стр.97 для водоемов, относящихся к хозяйственно-питьевому и культурно-бытовому 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 видам водопользования.

2.1. Определение предельно допустимых сбросов

ПДС (г/с) рассчитывается по формуле:

ПДС = С_пр q (2.1)

где С_пр - 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 (ПДК_в), мг/л;

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

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

С_пр ПДК_в + (n - 1) (ПДК_в - С_ф) (2.2)

где ПДК_в - предельно допустимая концентрация химического вещества в воде, мг/л;

С_ф - 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 = ( Q + q) / q (2.3)

где Q - разбавляющая вода водоема, м³/с;

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

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

= [1 - ] / [1 + ( Q / q)] (2.4)

= e -^х; х = L_ф^1/3 (2.5)

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

L_ф - расстояние до рассматриваемого створа по течению (по фарватеру) реки, м;

- коэффициент, учитывающий гидрологические факторы смешения; рассчитывается по формуле:

= (D / q)^1/3 (2.6)

где - коэффициент, зависящий от места выпуска стока в реку:

= 1,0 - при выпуске у берега;

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

- коэффициент извилистости реки, который определяется по формуле:

= L_ф / L_пр (2.7)

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

L_пр - расстояние между фарватером и рассматриваемым створом по прямой, м;

D - коэффициент турбулентной диффузии, определяемый по формуле:

D = V_ср H_ср g / 2 m C_ш (2.8)

где V_ср - средняя скорость течения, м/с;

H_ср - средняя глубина, м;

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

m - коэффициент Буссинского, м^1/2/с; m = 24 м^1/2/с;

С_ш - коэффициент Шези, зависящий от типов водотоков и их характеристик, м^1/2/с; принимает значения от 10 до 70.

2.2. Определение приведенного объема сточных вод

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

Расчет П_q (м³/с) ведется по формуле:

П_q = (ПДС - q ПДК_в) / ПДК_в (2.9)

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

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

ПДК_в - 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 П_q (м³/с) по формуле 2.9.

4) Ранжировать приведенные объемы по каждому загрязняющему веществу (П_{q 1} > П_{q 2} > П_{q 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

Таблица 2.2.

Характеристики рек

Таблица 2.3.

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