Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра охраны труда и окружающей среды

ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И ПОЧВ
Методические указания по выполнению
расчетно-графических работ для студентов специальности
5В073100  – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды

Алматы, 2014

СОСТАВИТЕЛЬ: Ф.Р. Жандаулетова. Охрана и рациональное использование водных ресурсов и почв. Методические указания по выполнению расчетно-графических работ для студентов специальности 5В073100  – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды. – Алматы: АУЭС, 2014. – 32 с.

Методические указания содержат исходные данные для выполнения и методики выполнения расчетно-графических работ, перечень рекомендуемой литературы.

Методические указания предназначены для студентов специальности 5В073100–Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды.

Табл. 13, библиогр. - 16 назв.

Рецензент: доцент Башкиров М.В.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2014 г.

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Общие указания

Задания к расчетно-графическим  работам по охране и рациональному использованию водных ресурсов составлены в соответствии с учебным планом и программой курса «Охрана и рациональное использование водных ресурсов и почв».

Задания содержат расчетно-графические работы по охране и рациональному использованию водных ресурсов и сопровождаются методическими указаниями к их выполнению.

Назначение методических указаний - помочь студенту организовать свою учебную работу при выполнении расчетно-графических работ.

1 Расчетно-графическая работа №1. Расчет необходимой степени очистки сточных вод

На современном этапе развития общества возрастает роль качества образования как важного фактора экономического и социального прогресса, повышения творческого потенциала человека.

Основными задачами обучения в высшей школе являются профессиональная подготовка будущих специалистов и формирование у студентов навыков творческого подхода к решению проблем и задач, позволяющих успешно адаптироваться в сложной обстановке.

Целью данных методических указаний является оказание помощи студентам в решении задач по организации охраны и рационального использования водных ресурсов.

Современные промышленные предприятия представляют собой сложный комплекс стационарных устройств и технологических процессов и являются не только средствами энергообеспечения, транспортировки и другие, но и составной частью окружающей среды. Строительство и  функционирование энергетических предприятий, дорог и транспортных предприятий, эксплуатация средств неизбежно связано с возникновением и решением экологических проблем и в значительной степени, влияет на состояние окружающей среды. При плохой организации электрооборудование, транспорт могут оказать вредное воздействие на многие ценные природные ресурсы, водный бассейн и ландшафты, создавать помехи во взаимодействии компонентов окружающей среды.

В выбросах в атмосферу, твердых отходах и сточных водах наблюдаются все более опасные вещества, которые в природных условиях не образуются. К наиболее опасным следует отнести, кроме выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, также сброс сточных вод с различных объектов систем энергообеспечения, транспорта и по выпуску продукции. Самыми крупными  потребителями воды являются теплоэнергетические, текстильные, пищевые, железнодорожный транспорт и др. Несмотря на перевод железнодорожного транспорта с паровой тяги на тепловую и электрическую, расход воды продолжает возрастать в связи с общим ростом протяженности дорог и объема перевозочной работы. На различных промышленных предприятиях в результате технологических процессов производства: обмывки, очистки и промывки деталей и узлов от смазки и грязи в моечных и выборочных установках, печатания и крашения тканей и шерсти и других процессов образуются производственные сточные воды, которые со всевозможными ингредиентами переходят в почву и водоемы. На промывочно-пропарочных станциях сточные воды от промывки и пропарки цистерн после перевозки в них нефтепродуктов и других химических грузов. На ШПЗ сточные воды содержат различные антисептики, смолы, масла, фенолы и другие примеси, использующие для пропитки древесины. Проблема борьбы с загрязнением водоемов решается путем строительства на промышленных предприятиях очистных сооружений и создания оборотных систем водоснабжения. К сожалению, объем оборотного и повторного использования на промышленных предприятиях составляет около 30%. В результате большая часть загрязненной воды сбрасывается в поверхностные водные объекты (реки, моря, озера),  ухудшая экологическую обстановку. Поэтому при проектировании очистных сооружений систем водоотведения, прежде всего, необходимо рассчитать необходимую степень очистки сточных вод.

Задачами выполнения расчетно-графической  работы являются:

- анализ основных производственных показателей деятельности предприятия, региона, отрасли экономики, расчёт и анализ показателей сточных вод и загрязненности окружающей среды;

- формулирование выводов, разработка конкретных предложений по совершенствованию методов и путей решения конкретных вопросов, связанных с экологической и промышленной безопасностью предприятия, обоснование их соответствующими расчётами эффективности и целесообразности.

Расчетно-графическая работа должна содержать:

1)  Титульный лист.

2)  Задание.

3)  Содержание.

4)  Основная часть (название).

5)  Заключение (выводы).

6)  Список используемой литературы.

7)  Приложения.

Выбор варианта расчетно-графической работы осуществляется с учётом порядкового номера в списке группы (см. таблицу 1.1).

Расчет необходимой степени очистки сточных вод производить по методике, приведенной в пункте 1.3 – 1.8.

Таблица 1.1 - Исходные данные

№	Варианты	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10
	Характеристики СВ предприятия:
1	Суточный расход воды – q, мг3/с	8		9	11	12	13	14	15	5	6	7
2	Концентрация взвешенных веществ СВЗВСТ, мг/л	270		280	290	300	310	320	330	240	250	260
3	Время протека-ния воды от сбора до рас-четного створа – Т, сут	3		4	5	6	5	4	5	4	5	4
4	Полная биохи-мическая пот-ребность сточ-ной воды в кислороде - LCT, мг/л	160		170	180	190	200	180	210	190	170	180
5	Концентрация кислоты - Ск,    мг-экв/л	110		120	130	140	130	140	120	130	150	140
6	Температура СВ - tСВ, °С	25		26	27	28	27	27	26	25	27	26
7	Содержание  ВВ - в СВ предприятия (таблица 2.1- числитель), мг/л	Рту-ть		Се-лен	Сви-нец	Кад-мий	Нит-раты	Бен-зол	Ам-миак	Фе-нол	Ци-нк	Фтор
	Характеристики речной воды - приемника СВ:
8	Расход воды – Q, мг3/с	180		190	200	210	210	220	180	190	190	200
9	Коэффициент смешения -	0,7		0,7	0,6	0,7	0,8	0,8	0,7	0,6	0,8	0,6
10	Концентрация взвешенных частиц до сбро-са СВ - Свзвст, мг/л	10		11	11	12	12	14	10	11	11	12
11	Биологическая потребность речной воды в кисло­роде - СБПК, мг/л	2,1		2,2	2,3	2,6	2,4	2,5	2,1	2,2	2,2	2,3
12	Содержание растворенного кислорода в	7,1		7,2	7,3	7,4	7,4	7,5	7,1	7,2	7,5	7,3

Продолжение таблицы 1.1

	речной воде до сброса СВ - Cв, мг/л
13	Кислотность – рН, мг/л	7,71	7,72	7,73	7,74	7,75	7,76	7,73	7,74	7,78	7,5
14	Щелочность – B, мг/л	5	4	5	5	5	6	6	4	5	4
15	.Максимальная температура в наиболее теплый ме­сяц до спуска СВ - tBmax, °С	22	23	24	24	23	22	21	22	23	24
16	Содержание ВВ в речной воде до спуска СВ	таб­лица 2.1 – знаменатель, мг/л

Продолжение таблицы 1.1

№	Варианты	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	Характеристики СВ предприятия:
1	Суточный расход воды – q, мг3/с	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
2	Концентрация взвешенных веществ СВЗВСТ, мг/л	340	350	360	370	380	390	400	410	420	430
3	Время протека-ния воды от сбора до рас-четного створа – Т, сут	4	5	6	5	4	3	6	5	4	3
4	Полная биохи-мическая пот-ребность сточ-ной воды в кислороде - LCT, мг/л	210	200	190	180	170	220	230	240	300	320
5	Концентрация кислоты - Ск,    мг-экв/л	150	140	120	150	140	120	150	140	130	120
6	Температура СВ - tСВ, °С	28	27	26	25	28	25	27	28	25	27
7	Содержание  ВВ- в СВ пред-приятия табл. 2.1- числитель), мг/л	Кад-мий	Сви-нец	Се-лен	Рту-ть	Ам-миак	Ци-нк	Нит-раты	Фтор	Бен-зол	Фе-нол

Продолжение таблицы 1.1

8	Расход воды – Q, мг3/с	210	200	190	180	220	230	200	190	180	210
	Характеристики речной воды - приемника СВ:
9	Коэффициент смешения -	0,8	0,6	0,7	0,8	0,7	0,6	0,8	0,7	0,6	0,8
10	Концентрация взвешенных частиц до сбро-са СВ - Свзвст, мг/л	13	14	15	16	12	13	14	12	10	11
11	Биологическая потребность речной воды в кисло­роде - СБПК, мг/л	2,6	2,5	2,4	2,3	2,2	2,1	2,6	2,5	2,4	2,3
12	Содержание растворенного кислорода в речной воде до сброса СВ - Cв, мг/л	7,5	7,4	7,2	7,3	7,3	7,4	7,5	7,4	7,3	7,5
13	Кислотность – рН, мг/л	7,75	7,74	7,73	7,76	7,77	7,78	7,75	7,74	7,73	7,8
14	Щелочность – B, мг/л	6	5	4	5	6	7	6	5	4	6
15	.Максимальная температура в наиболее теплый ме­сяц до спуска СВ - tBmax, °С	25	24	23	22	21	25	24	23	22	21
16	Содержание ВВ в речной воде до спуска СВ	таблица 2.1 – знаменатель, мг/л

Продолжение таблицы 1.1

№	Варианты	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
	Характеристики СВ предприятия:
1	Суточный расход воды – q, мг3/с	25	21	24	22	25	24	23	26	27	26
2	Концентрация взвешенных веществ СВЗВСТ,  мг/л	370	360	350	340	330	320	380	390	400	360
3	Время протека-ния воды от	6	4	5	4	3	5	6	6	5	4

Продолжение таблицы 1.1

	сбора до расчетного створа – Т, сут
3	Время протека-ния воды от сбора до расчетного створа – Т, сут	6	4	5	4	3	5	6	6	5	4
4	Полная биохи-мическая пот-ребность сточ-ной воды в кислороде - LCT, мг/л	280	290	280	270	170	180	190	200	190	180
5	Концентрация кислоты - Ск,    мг-экв/л	130	120	110	140	130	150	140	130	120	150
6	Температура СВ - tСВ, °С	25	24	26	28	27	26	25	24	27	26
7	Содержание ВВ - в СВ предприятия (таблица 2.1 (числитель), мг/л	Нит-раты	Се-лен	Кад-мий	Ци-нк	Рту-ть	Ам-миак	Сви-нец	Фтор	Фе-нол	Бен-зол
	Характеристики речной воды - приемника СВ:
8	Расход воды – Q, мг3/с	180	190	170	190	210	240	210	200	220	180
9	Коэффициент смешения -	0,7	0,6	0,8	0,6	0,8	0,7	0,6	0,8	0,7	0,6
10	Концентрация взвешенных частиц до сбро-са СВ - Свзвст, мг/л	16	15	19	18	17	10	11	12	13	14
11	Биологическая потребность речной воды в кисло­роде - СБПК, мг/л	2,2	2,3	2,4	2,2	2,1	2,6	2,5	2,4	2,3	2,5
12	Содержание растворенного кислорода в речной воде до сброса СВ - Cв, мг/л	7,8	7,7	7,6	7,5	7,4	7,3	7,5	7,6	7,3	7,4
13	Кислотность – рН, мг/л	7,76	7,75	7,73	7,77	7,76	7,78	7,74	7,75	7,76	7,78

Продолжение таблицы 1.1

14	Щелочность – B, мг/л	4	5	4	6	5	7	4	5	6	4
15	Максимальная температура в наиболее теплый ме­сяц до спуска СВ - tBmax, °С	27	26	25	24	23	22	26	25	24	23
16	Содержание ВВ в речной воде до спуска СВ	таб­лица 2.1 – знаменатель, мг/л

1.1           Основные сведения о сточных водах и требования к качеству воды

Правильный учет самоочищающей способности водоема позволяет экономично и обосновано запроектировать очистные сооружения, на которых сточная вода очищается до требуемой степени. Расчет необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в водоем, проводится по следующим показателям: по количеству взвешенных веществ, потреблению растворенного кислорода, допустимой величине БПК смеси речных и сточных вод, изменению величины активной реакции воды водоема, а также по предельно допустимым концентрациям токсичных примесей и других вредных веществ.

В Казахстане принята система нормирования качества воды на основе предельно-допустимых концентраций вредных загрязнений, которые не оказывают вредного действия на организм человека и состояние водоема в целом. Исходя из ПДК, назначают комплекс технологических и санитарно-технических мероприятий для предупреждения загрязнения водоема при проектировании и реконструкции промышленных предприятий, а также рассчитываются и устанавливаются нормативы предельно-допустимых стоков (ПДС), которые при поступлении в водоемы не создают уровень загрязнения превышающий ПДК.

Приемниками сточных вод в основном служат водоемы. Сточные воды перед сбросом необходимо частично или полностью очистить. Как известно, в воде водоема содержится определенный запас кислорода, который может быть частично использован для окисления органического вещества, поступающего в водоем совместно со сточной водой. Водоем таким образом, обладает некоторой самоочищающей способностью, т.е. в нем под воздействием микроорганизмов-минерализаторов могут окисляться органические вещества, но при этом содержание растворенного кислорода в воде будет падать. Следовательно, степень очистки сточных вод на очистных сооружениях перед сбросом их в водоем можно снизить.

Условия спуска сточных вод в водоемы в Республике Казахстан строго регламентированы «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и «Правилами санитарной охраны прибрежных районов морей». Все водоемы делятся на использование для питьевого и культурно-бытового назначения и использование в рыбохозяйственных целях. Требования к воде различного назначения приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Общие требования к составу и свойствам воды

Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПД), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие каждого вещества (см. таблицу 1.3).

При нормировании качества  воды в водоемах  питьевого и культурно-бытового назначения  используют  три  вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический.

Таблица 1.3 - Предельно допустимые концентрации вредных веществ

Для водоемов рыбохозяйственного назначения наряду с указанными, используют еще два вида ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный (см. таблицу 1.4).

Оптимальная температура воды, идущей для питья, должна быть не выше 11°C и не ниже 7°С. Вода с высокой температурой содержит в себе мало растворимых газов, поэтому она плохо утоляет жажду и неприятна на вкус. Температура сточных вод по нормам СНиП 2.04.03-85 должна быть не менее 6°C и не более 30°C, так как она влияет на жизнедеятельность микроорганизмов, ведущих биологический процесс очистки. При температуре ниже 6°C биологическая очистка практически прекращается.

Таблица 1.4 - Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в воде рыбохозяйственных водоемов

Запах и вкус воды зависит от температуры растворенных в воде газов и от химического состава примесей. Интенсивность запаха и привкуса определяют по пятибалльной системе (см. таблицу 1.5).

Таблица 1.5 - Оценка интенсивности запаха в баллах

Показатели, обеспечивающие благоприятные органолептические свойства воды, включают вкус и привкус. Различают четыре вида вкуса: соленый, горький, сладкий и кислый. Остальные виды вкусовых ощущений называют привкусами. Интенсивность вкуса и привкуса определяют по пятибалльной системе так же, как и запах. Вкус и запах воды могут изменяться под влиянием поступающих в водоем сточных вод. Например, фенол содержащийся в стоках, придает воде вкус и запах карболки.

Природные воды часто бывают мутными из-за присутствия в них взвешенных частиц глины, песка, ила, органических взвесей. Сточные воды могут усилить мутность воды. Поэтому определяют прозрачность воды. Чистая вода, взятая в малом объеме, бесцветна. Иные оттенки свидетельствуют о наличии в воде различных растворенных и взвешенных примесей. Причиной, обуславливающей изменение воды, могут быть коллоидные соединения железа, взвешенные и окрашенные вещества отходов производства и массовое развитие водорослей.

Поступая в водоемы, вредные вещества могут накапливаться и их концентрация, постоянно возрастая, может достигнуть критических значений. Поэтому важную роль играет самоочищение воды водоемов. Если бы не эта помощь природы, то несмотря на все применяемые меры кумулятивная способность вредных веществ давно привела бы к гибели водоемов.

1.2           Классификация сточных вод

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Сточные воды, отводимые с территории промышленных предприятий, по своему составу могут быть разделены на три вида:

1) производственные - использованные в технологическом процессе производства и содержащие всевозможные загрязнения или получающиеся при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руд и т.д.);

2) бытовые - от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории промышленных предприятий. В них в основном содержится органические вещества, бактерии, микроорганизмы;

3) атмосферные - дождевые и от таяния снега. Талые воды поступают с полей, как правило с высокой концентрацией ядохимикатов и минеральных удобрений.

Производственные сточные воды делятся на два основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые) т.е. те, которые после очистки можно использовать в оборотном водоснабжении. Уровень технологии, составной частью которого является эффективность использования воды, оценивается такими показателями, как количество оборотной воды, коэффициент использования и процент потерь. Для каждого промышленного предприятия составляется баланс воды, включающий расходы и различные виды потерь, сбросы и добавление компенсирующих расходов воды на систему.

Загрязненные производственные сточные воды содержат различные примеси и подразделяются на четыре группы:

1)   загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо-угледобывающей промышленности, строительных изделий и материалов и др.);

2)   загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, химической;  заводы  по  производству пластмасс, каучука и др.);

3)   загрязненные  минеральными  и органическими  примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, легкой, текстильной, фармацевтической промышленности; заводы по производству консервов, сахара,  бумаги,  витаминов и др.);

4) тепловое загрязнение сточных вод (предприятия энергетики и металлургии).

На предприятии транспорта и коммуникации существуют все эти четыре группы загрязнении. По степени агрессивности эти воды разделяют на слабоагрессивные (слабокислотные с рН = 6...6,5 и слабощелочные с рН = 8...9), сильноагрессивные (сильнокислотные с рН < 6 и сильнощелочные с рН > 9) и неагрессивные (с рН = 6,5...8).

Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки, в каждом конкретном случае.

1.3 Расчеты необходимой степени очистки сточных вод

При определении возможности спуска сточных вод проектируемого предприятия в водоем, прежде всего, рассчитывают степень разбавления сточных вод речной водой. Разбавления сточных вод - это процесс снижения концентраций загрязняющих веществ в водотоках и водоемах, протекающий вследствие перемешивания сточных вод с природными водами. Интенсивность процесса разбавления качественно характеризуется степенью разбавления, которая определяется по формуле:

,

(1.1)

где   n - степень разбавления сточных вод водой реки;

 - расход реки, м³/с;

q - расчетный расход сточных вод, м³/ с;

 - коэффициент смешения.

Коэффициент смешения всегда меньше единицы. Так как влияние сточных вод оценивается у ближайшего пункта водопользования, у этого пункта и надо определять степень разбавления. Расход воды реки является геометрической характеристикой. Он определяется опытным путем соответствующими гидрогеологическими организациями. Поскольку реки имеют неодинаковый сток, как по годам, так и в течении года, то для расчетов берут наихудшие условия, т.е. наименьший среднемесячный расход при 95%-ной обеспеченности. При 95%-ной обеспеченности годового стока, маловодные годы на реке случаются один раз в 20 лет.

При проектировании, среднемесячный расход реки и коэффициент смещения берут из данных гидрометрической службы, а расход сточных вод определяется расчетным путем или по аналогии с действующим предприятием подобного профиля.

После определения степени разбавления сточных вод нужно рассмотреть вопрос возможного ухудшения качества воды в реке или в другом водоеме в результате сброса туда сточных вод.

Нормативные показатели качества воды зависит от наличия взвешенных веществ, плавающих веществ, привкуса, окраски, температуры, значения рН, минерального состава, растворенного кислорода, БПК, возбудителей заболеваний, ядовитых и вредных веществ.

1.4            Расчет степени очистки сточных вод от взвешенных веществ

Необходимая степень очистки сточных вод по содержанию взвешенных веществ определяется по формуле:

,

(1.2)

где Э_взв - искомая степень очистки,  %;

С_ст^взв - исходная концентрация взвешенных веществ  в  сточных водах до очистки, мг/л;

С_о^взв - расчетная концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водоемах перед сбросом в водоем, мг/л.

Расчетную концентрацию взвешенных веществ в очищенных сточных водах перед сбросом их в водоем определяют по формуле:

,

(1.3)

где С_в - концентрация взвешенных веществ в воде реки до сброса сточных вод, мг/л;

С_доп - допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в реке после сброса сточных вод, мг/л, для водоемов в хозяйственно- питьевого водоснабжения пищевых предприятий С_доп = 0,25 мг/л, а для рыбо-хозяйственных водоемов и водоемов культурно-бытового пользования                С_доп = 0,75 мг/л.

1.5            Расчет степень очистки сточных вод по БПК смеси речной воды и сточных вод

При поступлении сточных вод в реки и водоемы снижение концентрации органических веществ, выраженное в БПК, происходит вследствие не только разбавления, но и самоочищения.

Концентрацию сточных вод, при которой БПК воды реки в ближайшем пункте водопользования ниже спуска сточных вод будет не больше принятых нормативов, находят по формуле:

,

(1.4)

где L_доп - предельно допустимое значение БПК смеси сточных вод и речной воды, равное 4 мг/л;

L_в - БПК речной воды до сброса сточных вод, мг/л;

K₁ - константа скорости потребления кислорода сточными водами;

Т - время протекания воды от места сброса до расчетного створа, сут.

При решении уравнения значения величины  вычислить сложно, поэтому составлены таблицы 1.6 и 1.7, в которых приняты пределы К₁ и Т, которые охватывают все случаи, имеющие практическое значение.

Если расчетное значение L_o больше фактического значения БПК сточных вод  L_СТ, подлежащих спуску в реку, то биологическая очистка сточных вод не требуется.

Если же L_o меньше БПК сточных вод L_СТ, то биологическая очистка перед спуском в водоем обязательна до получения расчетного значения, Необходимая степень очистки сточных вод и речной воды по БПК определяется в этом случае по формуле:

,

(1.5)

где L_СТ - полная биохимическая потребность сточной воды в кислороде, мг/л.

Таблица 1.6 – Значение К₁  при различных температурах речной воды

Таблица 1.7 - Значение величины 10 ^{– K}₁^T при переменных К₁ и Т

При расчете кислородного режима водоема исходят из поглощения сточными водами растворенного кислорода речной воды в месте их спуска. Если количество содержащегося в речной воде растворенного кислорода не ниже 4 мг/л в течение первых двух суток, то снижения не произойдет и в дальнейшем.

Формула для определения расчетной концентрации растворенного кислорода сточных вод имеет следующий вид:

,

(1.6)

где С_Р - расчетная концентрация растворенного кислорода сточных вод, мг/л;

С_В - содержание растворенного кислорода в речной воде до сброса сточных вод, мг л;

С_БПК - биологическая потребность речной воды в кислороде, мг л;

С_Д - предельно-допустимая концентрация растворенного кислорода, которая должна быть в расчетном створе сброса сточных вод, 4 мг л;

0,4 - коэффициент для пересчета полного потребления кислорода в двухсуточное.

Если расчетная концентрация меньше той, которая характерна для проектируемых к спуску сточных вод, т.е. меньше L_CT, то они должны быть очищены. Тогда необходимую степень очистки определяют по формуле:

.

(1.7)

Расчет кислородного режима сточных вод и необходимой степени их очистки по содержанию растворенного кислорода выполняют для определения загрязненности сточных вод органическими веществами.

1.6 Расчет степени очиcтки сточных вод по изменению рН

Согласно общим требованиям к составу и свойствам воды водоемов у пунктов культурно - бытового водопользования, реакция (рН) не должна выходить за пределы 6,5...8,5.

Допустимую концентрацию кислоты в сточных водах находят по формуле:

,

(1.8)

где Х_к - максимальное количество кислоты, которые может быть добавлено к 1л речной воды, мг-экв/л (находят по графику Черкинского).

Необходимая степень очистки сточных вод от кислоты определяется по формуле:

,

(1.9)

где Ск - содержание кислоты в сточных водах, мг-экв/л.

1.7 Температурный расчет сточных вод перед сбросом в водоем

Расчет производится с учетом санитарных требований: летняя температура речной воды не должна повышаться в результате спуска сточных вод более чем на 3°С.

Максимальную допустимую температуру сточных вод определяют по формуле:

,

(1.10)

где t_ДОП - допустимое повышение температуры (3°С);

t_max - максимальная температура речной воды в наиболее теплый месяц до спуска сточных вод.

Сравниваем полученную величину с температурой сточных вод. Если температура сточных вод меньше полученной расчетной, то специальных мер по снижению температуры сточных вод принимать не нужно. Если температура сточных вод больше расчетной, то требуется охлаждение сточных вод перед сбросом их в водоем.

1.8 Расчет степени очистки сточных вод от вредных веществ

Если в сточных водах содержится несколько вредных веществ, то все компоненты, имеющиеся в сточных водах, разбиваются на группы с одинаковыми ЛПВ.

Например, в сточных водах присутствуют мышьяк, ртуть, свинец, никель, цинк. По таблице 1.2 определяем, что мышьяк, ртуть и свинец относятся к группе веществ санитарно-токсикологического ЛПВ, а никель и цинк - к группе веществ общесанитарного ЛПВ.

Затем определяем сумму отношений концентраций веществ каждой группы в сточной воде к их предельно допустимым концентрациям:

.

(1.11)

После этого подсчитаем сумму отношений концентраций этих веществ в воде водоема до спуска в него сточных вод к их ПДК:

.

(1.12)

И определяем необходимую степень очистки по формуле:

.

(1.13)

2  Пример расчета степени очистки сточных вод

Рассчитать необходимую степень очистки сточных вод (СВ) предприятия.

Характеристики СВ предприятия:

- суточный расход воды   q = 10 м³ /с;

- концентрация взвешенных веществ С^взв_ст= 280 мг/л;

- время протекания воды от сбора до расчетного створа Т = 5 сут;

- полная биохимическая потребность сточной воды в кислороде (БПК)          L_CT = 190 мг/л;

- содержание кислоты С_к = 130 мг-экв/л;

- температура СВ t_CB = 27°C.

- содержание ВВ - в СВ предприятия, мг/л (числитель) см. таблицу 2.1;

- содержание ВВ в речной воде до спуска СВ, мг/л (знаменатель) (см. таблицы 2.1 и 2.2).

Таблица 2.1 – Характеристика СВ предприятия

Таблица 2.2 - Характеристика речной воды - приемника СВ

Цель водопользования - культурно-бытовое водоснабжение.

Решение:

1)      Определим степень разбавления СВ водой по формуле (1.1):

.

2)      Определим степень очистки СВ от взвешенных частиц.

- расчетная концентрация взвешенных веществ в очищенных СВ  перед сбросом их в водоем по формуле (1.3):

- необходимую степень очистки СВ по содержанию взвешенных веществ определим по формуле (1.2):

3) Определим необходимую степень очистки СВ по БПК смеси речной воды и СВ.

- концентрацию СВ, при которой БПК воды реки в ближайшем пункте водопользования ниже спуска СВ будет не больше принятых нормативов, определим по формуле 1.4. При температуре t = 22°С,  К1 = 0,11 (см. таблицу 1.5), при Т =5 суток, величена 10^К1Т = 0,316 (см. таблицу 1.6);

- необходимую степень очистки СВ по БПК найдем по формуле (1.5):

- расчетная концентрация растворенного кислорода в СВ (формула 1.6):

мг/л;

- так как С_р< L_CT, т.е. 75,4 <190, то определим необходимую степень очистки по формуле (1.7):

4) Определим степень очистки СВ по измерению рН.

- допустимая концентрация кислоты в СВ определяем по формуле (1.8):

 мг-экв/л,

где  Х_к=2,3   мг-экв/л  по  графику  Черкинского  при  щелочности  В=5 и рН=7,75;

- необходимая степень очистки СВ от кислоты по формуле (1.9):

5)      Определим максимально допустимую температуру СВ по формуле (1.10):

Так как температура СВ t_cp = 27°С меньше максимально допустимой (27 <67°С), то охлаждения перед сбросом в водоем проводить не надо.

6) Рассмотрим степень очистки СВ от вредных веществ.

- разобьем все ВВ по группам лимитирующих показателей вредности ЛПВ, а данные внесем в таблицу 2.3.

- по формуле 1.11 определим степень токсичности по каждому показателю ЛПВ в СВ.

а) по санитарно-токсикологическому ЛПВ:

Таблица 2.3 - ВВ по группам лимитирующих показателей вредности ЛПВ

Санитарно-токсикологический ЛПВ		Обще-санитарный ЛПВ		Органолептический ЛПВ
Вещество	ПДК, мг/л	Вещество	ПДК, мг/л	Вещество	ПДК, мг/л
Мышьяк	0,05	Кадмий	0,01	Фтор	1,5
Ртуть	0,005	Цинк	1,0	Нефть сернистая	0,1
Селен	0,001	Аммиак	2,0	Фенол	0,001
Свинец	0,1
Нитраты	10,0
Бензол	0,5

;

;

б) по общесанитарному ЛПВ:

;

;

в) по органолептическому ЛПВ:

;

;

- аналогично определим степень токсичности по каждому показателю для речной воды:

;

;

;

- необходимую степень очистки веществ  по каждому показателю ЛПВ найдем по формуле (1.13.):

аналогично

После расчетов необходимой степени очистки следует предположить комплекс мероприятий по очистке СВ.

3 Расчетно-графическая работа №2. Расчет сооружений физико-химической очистки сточных вод

3.1 Задание для расчетно-графической работы

Порядок выполнения РГР:

- выбрать номер варианта по заданию преподавателя по таблице 3.1;
- рассчитать сооружения физико-химической очистки сточных вод;

- сделать выводы и предложения.

3.2    Содержание расчетно-графической работы

Расчетно-графическая работа должна включать в себя:

- задание на РГР;

- краткое введение;

- расчетную часть;

- выводы и предложения.

Таблица 3.1 –  Исходные данные

Щелочной реагент	по первой букве фамилии							№ ва-рианта
	Количество реагента при нейтрализации кислот, г						Расход сточной воды , м/сут.
	серной	соля-ной,	азот-ной	фосфор-ной,	плави- ковой,	серно-кислое железо
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Активная окись кальция	0,57	0,77	0,44	0,86	1,40	2	100	1 А,Б,В,Г
Гидроокись кальция (известь гашенная	0,75	1,01	0,59	1,13	1,86	3	110	2 Д,Е,Ж,З
Едкий натр	0,82	1,09	0,63	1,22	2,00	4	120	3 К,Л,М,Н

Продолжение таблицы 3.1

Карбонат кальция	1,02	1,37	0,80	1,53	2,50	5	130	4 О,П,Р,С, Т
Карбонат магния	0,86	1,15	0,67	1,21	2,10	6	140	5 У,Ф,Х,Ц, Ч
Сода	1,09	1,45	0,84	1,62	2,65	1	150	6 Ш,Щ,Ы,Э,ЮЯ

3.3 Методические указания к расчету

Производственные сточные воды от технологических процессов очень часто содержат щелочи и кислоты. В большинстве кислых стоков содержатся растворимые соли тяжелых цветных металлов, которые необходимо выделять из сточных вод.

С целью предупреждения коррозии материалов канализационных очистных сооружений, нарушения биохимических процессов в водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают химической очистке.

Химическая очистка может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоемы. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Основными методами физико-химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация и окисление.

Кислые и щелочные сточные воды перед сбросом  их в промышленную канализацию или водоемы должны быть нейтрализованы до достижения величины рН, равной 6,5-8,5. При нейтрализации сточных вод допускается смешение кислых и щелочных стоков для их взаимонейтрализации.

Нейтрализация – химическая реакция между кислотой и основанием. Нейтральными считаются сточные воды, имеющие рН=6,5-8,5. Нейтрализации подвергаются сточные воды с рН< 6,5 и рН > 8,5.

Большую опасность представляют кислые стоки, которых образуется гораздо больше, чем щелочных. При химической очистке применяют следующие способы нейтрализации:

- взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

- нейтрализация реагентами;

- фильтрация через нейтрализующие материалы.

Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислот загрязняющих промстоки, расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию, наличия реагентов, местных условий, в которых происходит очистка и т.д.

Режимы сброса сточных вод, содержащих кислоты и щелочи, как правило, различны. Кислые воды обычно сбрасываются в течение суток равномерно и имеют постоянную концентрацию, щелочные воды сбрасываются периодически по мере их накопления. В связи с этим для щелочных вод часто устраивают регулирующий резервуар, объем которого определяется суточным поступлением щелочных вод. Из этого резервуара щелочные воды равномерно выпускают в камеру реакции, где происходит взаимная нейтрализация.

3.4 Пример расчета взаимной нейтрализации

Исходные данные: кислые сточные воды содержат -4,7;   -3,8 г/л; щелочные сточные воды содержат  - NaОН – 3,3; NaСО – 2,9 г/л. Для расчета взаимной нейтрализации концентрации кислот и щелочей надо выразить в г-экв/л.

В кислых сточных водах это составит

- 4,7 : 49 = 0,0958 г-экв/л;

 - 3,8 г/л : 36,5 = 0,1041 г-экв/л;

итого кислот – 0,2 г-экв/л.

NaОН – 3,3 : 40 = 0,0825 г-экв/л;

NaСО – 2,9 : 53 = 0,0547 г-экв/л;

итого щелочей – 0,1372 г-экв/л; где 49; 36,5; 40; 53 грамм-эквиваленты ,, NaОН, NaСО соответственно.

В результате смешения равных объемов данных сточных вод преобладают кислые стоки: 0,2 - 0,1372 = 0,0628 г-экв/л. Для их нейтрализации потребуется дополнительно 0,0628  г-экв/л щелочи. Это количество щелочи содержится в    0,46 л щелочной воды, что видно из следующего расчета: в 1 л содержится 0,1372 г-экв/л щелочи, а в Х л содержится 0,0628: 0,1372 = 0,46 л щелочной воды.

Следовательно, для получения при взаимной нейтрализации воды с величиной рН=7 надо смешивать с 1 л кислой воды 1,46 л щелочной воды. Если для расчета взаимной нейтрализации известны величины рН, то пересчет концентрации производится по формулам:

- для кислых стоков

                                            рН= -,                                                                 (3.1)

где Х – концентрация кислоты, г/л;

                 Э – ее эквивалентная масса;

- для щелочных стоков

                                            рН=14 + ,                                                          (3.2)

где Х - концентрация щелочи, г/л;

                 Э - ее эквивалентная масса.

3.5 Реагентная нейтрализация

Если на предприятии невозможно обеспечить взаимную нейтрализацию стоков, т.е. имеются кислые или щелочные стоки, то применяют реагентный метод. Выбор реагента для нейтрализации кислых стоков зависит от вида кислот и их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в процессе химической реакции. Для нейтрализации кислых стоков (рН<6,5) применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь в виде пушонки, известкового молока или карбонаты кальция и магния в виде суспензии. Эти реагенты сравнительно дешевы и общедоступны, но имеют ряд недостатков: обязательно устройство усреднителей перед нейтрализационной установкой, затруднительна регулировка подачи реагентов и вообще сложность реагентного хозяйства. Скорость процесса невысокая (10-15 мин) и зависит от крупности частиц и растворимости образующихся соединений.

Нейтрализация кислых сточных вод, например, может протекать по уравнению

.

Образовавшийся   выпадает в осадок. Растворимость этой соли при     t =0-40С колеблется от 1,8 до 2,1%. При более высокой концентрации    выпадает в осадок. Это, кстати, большой недостаток, т.к. выделение   из перенасыщенного раствора может продолжаться несколько суток и приводит к зарастанию трубопроводов. Обычно доза реагента для нейтрализации применяется на 10% больше расчетной. Масса реагентов для нейтрализации стоков определяется по формуле:

                                 ,                                                                 (3.3)  

где  – концентрация кислоты или ионов металла;

             – относительная молекулярная масса применяемого реагента;

             – эквивалентная масса кислоты или иона металла.

Теоретическое количество щелочного реагента, необходимое для нейтрализации 1 г кислот, приведено в таблице  3.2.

Таблица 3.2 – Теоретическое количество щелочных реагентов

Щелочной реагент	Количество реагента при нейтрализации кислот, г
	серной	соля-ной,	азотной	фосфор-ной,	плави- ковой,
Активная окись кальция	0,57	0,77	0,44	0,86	1,40
Гидроокись кальция (из-весть гашенная	0,75	1,01	0,59	1,13	1,86
Едкий натр	0,82	1,09	0,63	1,22	2,00
Карбонат кальция	1,02	1,37	0,80	1,53	2,50
Карбонат магния	0,86	1,15	0,67	1,21	2,10
Сода	1,09	1,45	0,84	1,62	2,65

3.5.1 Пример расчета  количества осадка, образующегося при нейтрализации кислых сточных вод, содержащих катионы металлов.

Количество сухого вещества осадка , кг/м, образующегося при нейтрализации 1 м сточной воды, содержащей свободную серную кислоту и соли тяжелых металлов, определяется по формулам:

                            ,                                      (3.4)

где  - содержание активной СаО в используемой извести, %;

 - количество активной СаО, необходимой для осаждения металлов, кг/м;

-количество активной СаО, необходимой для нейтрализации свободной серной кислоты, кг/м;

 - количество образующихся гидрооксидов металлов, кг/м;

 - количество сульфата кальция, образующегося при осаждении металлов, кг/м;

- количество сульфата кальция, образующегося при нейтрализации свободной кислоты, кг/м.

Третий член в формуле не учитывается, если его значение отрицательное.

          Объем осадка, образующегося при нейтрализации 1 м сточной воды , % определяется по формуле:

                                   = ,                                                                 (3.5)

 где - влажность осадка, %.

Влажность  осадка должна быть менее или равна разности 100 за вычетом количества сухого вещества, выраженного в процентах.

3.5.2    Пример расчета количества осадка, образующегося при нейтрализации кислых сточных вод, содержащих катионы металлов.

Исходные данные: нейтрализуемая сточная вода содержит  7 г/л  и 10,3 г/л  . Применяемая для нейтрализации известь содержит 50 % активной СаО (А). Расход нейтрализуемой сточной воды  м/сут.

         Определяем количество сухого вещества в осадке М по формуле (3.4)  реакции

     + СаО + НО , находим значения А, А и А:

 152        56                       136               90

    7            А                        А              А

А = (7/152=2,6 г/л;

А = (7 /152=6,2 г/л;

А = (7/152=4,1 г/л.

Затем по реакции + СаО находим значения  и :

+ СаО

98       56           136

10,3                  

= (10,3/98=5,9 г/л;

+ 10,3/98= 14,3 г/л.

Найденные значения подставляются в формулу (3.4)

М =  г/м.

  Определяем объем осадка, образующегося при нейтрализации 1 м сточной воды при влажности 90 % по формуле (3.5):

 %.

Общее количество влажного осадка будет  т/сут.

Следует отметить, что влажность осадка всегда должна быть меньшей или равной 100 %, минус количество сухого вещества. Если, например, количество сухого вещества М=31,1 кг/ м, то влажность осадка не может быть более 96,9 %, а всегда равна или меньше этой величины.

Ориентировочное количество осадка, образующегося в зависимости от концентрации кислоты и ионов тяжелых металлов в нейтрализуемой воде и выделяющегося в накопителях, предназначенных для складирования его, может быть принято по следующим данным, приведенным в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Количество осадка образующегося при различных концентрациях кислоты и тяжелых металлов

Концентрация кислоты и ионов тяжелых металлов, кг/ м	5	10	15	20	30	40	50
Количество осадков, м, накапливаемых за 1 год, от каждого 1 м/сут нейтрализован-ной воды	33	51	65	76	93	108	118

Список литературы

1. Панов В.П. Теоретические основы защиты окружающий среды.- М.: Высшая школа, 2008 – 248 с.

2. Гидрохимические показатели состояния  окружающей среды. Под ред. Т.В. Гусева. -  М., 2006. - 366 с.

3. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод.-  М.: Ассоциации строительных  вузов, 2006. - 704 с.

4.Обзор «Водные ресурсы Казахстана в новом тысячелетии».- Алматы, 2004.-132с.

5. Авраменко И.М. Основы природопользования.- Ростов - на- Дону, 2004.-320 с.

6. Экологические проблемы и энергосбережение. под ред. В.Д.Карминский. - М., 2004. – 268 с.

7. Проект отраслевой программы «Водосбережение». - Астана: МООС, 2004.

8. Серов Г.П. Техногенная и экологическая безопасность в практике деятельности предприятий. - М., 2007.- 309 с.

9. СНиП РК 4.01.-02-2001 (СНиП 2.04.02.-84) Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - Астана, 2002.

10. СНиП РК 4.01.-03-2002 (СНиП 2.04.03-85) Канализация. Наружные сети и сооружения. - Астана, 2003.

11. Ветошкин А.Г. Процессы инженерной защиты окружающей среды (тео­ретические основы): Учеб. пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 380 с.

12. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. В 3-х т. Т. 2 и 3. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2006.

13.Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация отходов. Под ред. Ю. А. Бирмана, Н. Г. Вурдовой. – М.: Ассоциация строительных вузов, 2004. - 368 с.

14. Лотош В. Е. Переработка отходов природопользования /В. Е. Лотош. - Екатеринбург, 2005.

15. Сайт http://www. aipet. kz/student/sillabus/index. Htm

Содержание

Общие указания                                                                                        

1 Расчетно-графическая работа №1. Расчет необходимой степени очистки сточных вод     

1.1 Основные сведения о сточных водах и требования к качеству воды   

1.2 Классификация сточных вод                                                                  

1.3 Расчеты необходимой степени очистки сточных вод                          

1.4 Расчет степени очистки сточных вод от взвешенных веществ                                                                                                                         

1.5 Расчет степень очистки сточных вод по БПК смеси речной воды и сточных вод      

1.6 Расчет степени очиcтки сточных вод по изменению рН                    

1.7 Температурный расчет сточных вод перед сбросом в водоем               

     1.8 Расчет степени очистки сточных вод от вредных веществ                

     2 Пример расчета степени очистки сточных вод                                      

3 Расчетно-графическая работа №2. Расчет сооружений физико-химической очистки сточных вод     

3.1 Задание для расчетно-графической работы                                        

3.2 Содержание расчетно-графической работы                                    

3.3 Методические указания к расчету                                                        

3.4 Пример расчета взаимной нейтрализации                

3.5 Реагентная нейтрализация                                        

Список литературы                                

Сводный план 2014г., поз. 52

Фарида  Рустембековна Жандаулетова

ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И ПОЧВ
Методические указания к выполнению
расчетно-графических работ
для студентов специальности
5В073100  – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды

Редактор  Н.М.Голева
Специалист по стандартизации  Н.К.Молдабекова

Подписано в печать __.__.__.
Тираж 50 экз.
Объем  2,1 уч.- изд. л.
Формат 60х84  1/16
Бумага типографская №1
Заказ      . Цена 1050 тг.

Копировально-множительное бюро
некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013 Алматы, Байтурсынова, 126