Кратность разбавления. Биотестовый анализ - интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды Учебно-методическое пособие

Приказ Минприроды России от 04.12.2014 N 536 "Об утверждении Критериев отнесения отходов к I - V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду" (Зарегистрировано в Минюсте России 29.12.2015 N 40330)

III. Кратность разведения водной вытяжки из отхода, при которой вредное воздействие на гидробионты отсутствует

III. КРАТНОСТЬ РАЗВЕДЕНИЯ ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ ИЗ ОТХОДА,

ПРИ КОТОРОЙ ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГИДРОБИОНТЫ ОТСУТСТВУЕТ

12. Определение кратности (Кр) разведения водной вытяжки из отхода, при которой вредное воздействие на гидробионты отсутствует, основано на биотестировании водной вытяжки отходов - исследовании токсического действия на гидробионты водной вытяжки из отходов, полученной с использованием воды, свойства которой установлены применяемой методикой биотестирования при массовом соотношении отхода и воды 1:10.

13. Определение кратности разведения водной вытяжки из отхода, при которой вредное воздействие на гидробионты отсутствует, осуществляется по аттестованным методикам (методам) измерений, сведения о которых содержатся в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений в соответствии с Федеральным законом от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений" (Собрание законодательства Российской Федерации, 2008, N 26, ст. 3021; 2011, N 30, ст. 4590, N 49, ст. 7025; 2012, N 31, ст. 4322; 2013, N 49, ст. 6339; 2014, N 26, ст. 3366).

14. При определении кратности разведения водной вытяжки из отхода, при которой вредное воздействие на гидробионты отсутствует, применяется не менее двух тест-объектов из разных систематических групп (дафнии и инфузории, цериодафнии и бактерии или водоросли), например, по смертности рачков Ceriodaphnia affinis не более 10% за 48 часов (БКР10-48 ), по смертности рачков Ceriodaphnia dubia не более 10% за 24 часов (БКР10-24 ) или смертности рачков Daphnia magna Straus не более 10% за 96 часов (БКР10-96 ) и по снижению уровня флуоресценции хлорофилла и снижению численности клеток водорослей Scenedesmus quadricauda на 20% за 72 часа (БКР20-72 ). За окончательный результат принимается класс опасности, выявленный на тест-объекте, проявившем более высокую чувствительность к анализируемому отходу.

При исследовании водных вытяжек из отходов с повышенным солесодержанием (содержание сухого остатка в исследуемой водной вытяжке более 6 г/дм3 ) применяется не менее двух тест-объектов, устойчивых к повышенному солесодержанию из разных систематических групп, например по смертности рачков Artemia salina не более 10% за 48 часов (БКР10-48 ) и по снижению уровня флуоресценции хлорофилла и снижению численности клеток водорослей Phaeodactylum tricomutum на 20% за 72 часа (БКР20-72 ).

Разбавление является одним из основных факторов обезвреживания сточных вод. Хотя при разбавлении общее количество поступившего в водный объект (приемник сточных вод) загрязняющего вещества не изменяется, обезвреживающий эффект весьма существенен. Разбавление действует одинаково как на консервативные, так и на неконсервативные вещества. Разбавление сточной жидкости в потоке приемника сточных вод обусловлено смешением загрязненных струй со смежными, более чистыми струями под воздействием турбулентного перемешивания.

В практике расчетов используются понятия: кратность разбавления n и коэффициент смешения а . Кратность разбавления – это количественная характеристика интенсивности процесса снижения концентрации загрязняющих веществ в водоемах или водотоках, вызванного перемешиванием и разбавлением сточных вод в окружающей водной среде.

Кратность общего (суммарного) разбавления выражается произведением:

n = n н ·n осн (2.3)

где n н – кратность начального разбавления, обусловленная более интенсивным разбавлением в зоне начального разбавления; n осн – кратность основного разбавления.

При сбросе сточных вод в водотоки и в зоны устойчивых однонаправленных течений водоемов расчет начального разбавления выполняется по Н.Н. Лапшеву.

Начальное разбавление следует учитывать в следующих случаях:

– для напорных, сосредоточенных и рассеивающих выпусков сточных вод при соотношении скоростей в приемнике сточных вод (V р) и в выходном сечении выпуска сточных вод (V вых): V вых > 4 V р;

– при абсолютном значении скорости потока в выходном сечении выпуска сточных вод более 2 м/с (при меньших скоростях расчет начального разбавления не производится).

Расчет кратности начального разбавления производится следующим образом:

1) Находится скорость на оси струи

V 0 = V р + ΔV (2.4)

где ΔV – превышение скорости речного потока над скоростью на оси струи (задается в пределах 0,1…0,15 м/с).

2) задаваясь числом выпускных отверстий оголовка выпуска сточных вод и скоростью потока в выходном сечении V вых (2…5 м/с), определяют диаметр выходного сечения:

где q – расход сточных вод, сбрасываемых через выпуск сточных вод, м 3 /с; диаметр округляется в меньшую сторону кратно 0,05 м.

3) Вычисляются параметр т (отношение скоростей) m = V р /V вых и соотношение (V 0 /V р) – 1

4) по номограмме (рисунок 2.1) находится отношение диаметра загрязненной струи (пятна) в створе начального разбавления (d ) к диаметру выходного сечения выпуска сточных вод (d вых);

5) Рассчитывается диаметр нестесненной струи в расчетном сечении

6) Кратность начального разбавления без учета стеснения струи (когда диаметр пятна (d ) меньше средней глубины воды в реке (Н

(2.7)

7) Кратность начального разбавления с учетом стеснения струи (когда диаметр пятна (d ) больше средней глубины воды в реке (Н ) в зоне начального разбавления) определяется по формуле:

где понижающий поправочный коэффициент, определяемый по рис. 2.2).

Кратность основного разбавления в расчетном створе определяется по формуле:

(2.9)

где –расчетный расход речной воды в м 3 /с, участвующий в смешении; q –расход сточных вод, м 3 /с, а – коэффициент смешения – безразмерный коэффициент, показывающий, какая часть расхода приемника сточных вод смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа.

Коэффициент смешения а находят по формуле:

(2.10)

где е – основание натуральных логарифмов; L ф. – расстояние до расчетного створа по фарватеру, м (определяется по плану водного объекта – рис. 2.3).

Теоретически расстояние от выпуска сточных вод до створа полного смешения равно бесконечности, поэтому значение коэффициента а, равное 1, на практике не встречается.

Значение α находят по формуле:

где φ – коэффициент извилистости реки; ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска (при береговом выпуске ξ = 1, при фарватерном ξ = 1,5); D – коэффициент турбулентной диффузии, м/с; q – расход сточных вод, м 3 /с (согласно варианту задания).

Коэффициент извилистости φ определяют по формуле:

где L – длина до расчетного створа по прямой, м (определяется по плану водного объекта – рис.2.3).

Таблица 2.1.

Коэффициенты шероховатости для открытых русел водотоков

Категория водотока	Характеристика ложа	Коэффициент шероховатости
I	Реки в весьма благоприятных условиях (чистое прямое ложе со свободным течением, без обвалов и глубоких промоин)	0,025
II	Реки в благоприятных условиях течения	0,03
III	Реки в сравнительно благоприятных условиях, но с некоторым количеством камней и водорослей	0,035
IV	Реки, имеющие сравнительно чистые русла, извилистые, с некоторыми неправильностями в направлении струй, или же прямые, но с неправильностями в рельефе дна (отмели, промоины, местами камни), некоторое увеличение количества водорослей	0,04
V	Русла (больших и средних рек) значительно засоренные, извилистые и частично заросшие, каменистые, с неспокойным течением. Поймы больших и средних рек, сравнительно разработанные, покрытые нормальным количеством растительности (травы, кустарник)	0,05
VI	Порожистые участки равнинных рек. Галечно-валунные русла горного типа с неправильной поверхностью водного зеркала. Сравнительно заросшие, неровные, плохо разработанные поймы рек (промоины, кустарники, деревья, с наличием заводей)	0,067
VII	Реки и поймы весьма заросшие (со слабым течением) с большими глубокими промоинами. Валунные, горного типа, русла с бурливым пенистым течением, с изрытой поверхностью водного зеркала (с летящими вверх брызгами воды)	0,08
VIII	Поймы такие же, как в предыдущей категории, но с сильно неправильным течением, заводями и пр. Горно-водопадного типа русла с крупновалунным строением ложа, перепады ярко выражены, пенистость настолько сильна, что вода, потеряв прозрачность, имеет белый цвет, шум потока доминирует над всеми остальными звуками. Делает разговор затруднительным	0,1
IX	Характеристика горных рек примерно такая же, как и в предыдущей категории. Реки болотного типа (заросли, кочки, во многих местах почти стоячая вода и пр.). Поймы с очень большими мертвыми пространствами, с местными углублениями, озерами и пр.	0,133

Коэффициент турбулентной диффузии (для равнинных рек) D находят по формулам:

Для летнего времени

где: g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с 2 ; V – средняя скорость течения водотока, м/с; Н – средняя глубина водотока, м; п ш – коэффициент шероховатости ложа реки (таблица 2.1), С ш – коэффициент Шези, м 1/2 /с, определяемый по формуле Н.Н. Павловского,

где R – гидравлический радиус потока, м (R ≈ Н); параметр у, определяемый как.

Определение класса опасности отходов методом биотестирования

Среди животных на клеточном уровне организации наиболее важное индикаторное значение имеют дафнии. Преимущество перед другими группами простейших (саркодовые и жгутиконосцы) они имеют потому, что видовой состав и численность их наиболее четко соответствуют каждому уровню сапрофобности среды, они отличаются высокой чувствительностью к изменениям внешней среды и отчетливо выраженной реакцией на эти изменения, имеют относительно крупные размеры и быстро размножаются. Используя эти особенности дафний, можно с известной степенью точности установить уровень сапробности водной среды, не привлекая для этой цели другие индикаторные организмы .

Определение токсичности воды и водных вытяжек из отходов по смертности дафний

Методическое руководство включает методики биотестирования с использованием в качестве тест-объектов ракообразных, водорослей.

Методика основана на определении изменений выживаемости и плодовитости дафний при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой воде по сравнению с контролем.

Кратковременное биотестирование -- до 96 ч -- позволяет определить острое токсическое действие воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество тест-объектов, выживших в тестируемой воде или в контроле за определенное время. Критерием острой токсичности является гибель 50 и более процентов дафний за период времени до 96 часов в исследуемой воде при условии, что в контрольном эксперименте гибель не превышает 10%.

В экспериментах по определению острого токсического действия устанавливают среднюю летальную концентрацию отдельных веществ, вызывающую гибель 50% и более тест-организмов (ЛКР) и безвредную концентрацию, вызывающую гибель не более 10% тест-организмов (БКР).

Длительное биотестирование--20 и более суток -- позволяет определить хроническое токсическое действие воды на дафний по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее количество исходных самок дафний, выживших в течение биотестирования. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости или плодовитости дафний.

Исходный материал для культивирования (дафнии) получают в лабораториях, занимающихся биотестированием, имеющих культуру требуемой видовой принадлежности (Daphnia magna Straus).

Биотестирование воды и водных вытяжек проводится только на синхронизированной культуре дафний. Синхронизованной является одновозрастная культура, полученная от одной самки путем ациклического партеногенеза в третьем поколении. Такая культура генетически однородна. Рачки, ее составляющие, обладают близкими уровнями устойчивости к токсическим веществам, одновременно созревают и в одно время дают генетически однородное потомство. Получают синхронизированную культуру путем отбора одной самки средних размеров с выводковой камерой, заполненной эмбрионами, и помещают в химический стакан объемом 250 мл, заполненного культивационной водой на 200 мл. Появившаяся молодь переносится в кристаллизатор (25 особей на 1 дм воды) и культивируется. Полученная третья генерация является синхронизированной культурой и может быть использована для биотестирования.

Дафниям необходимо обеспечить комбинированное дрожже-водорослевое питание. В качестве корма используются зеленые водоросли родов Chlorella, Scenedesmus, Selenastrum.

Культивируют водоросли в стеклянных кюветах, батарейных стаканах или плоскодонных колбах при круглосуточном освещении лампами дневного света 3000 лк и постоянном продувании культуры воздухом с помощью микрокомпрессоров. Через 7--10 суток, когда окраска культуры водорослей становится интенсивно зеленой, их отделяют от питательной среды путем центрифугирования или отстаивания в холодильнике в течение 2--3 сут. Осадок разбавляют в два раза дистиллированной водой. Суспензию хранят в холодильнике не более 14 сут.

Для приготовления дрожжевого корма 1 г свежих или 0,3 г воздушно-сухих дрожжей заливают 100 мл дистиллированной воды. После набухания дрожжи тщательно перемешивают. Образовавшуюся суспензию отстаивают в течение 30 мин. Недостающую жидкость добавляют в сосуды с дафниями в количестве 3 мл на 1 л воды. Раствор дрожжей хранится в холодильнике до двух суток.

Дафний в остром опыте кормят ежедневно, один раз в сутки, добавляя 1,0 см концентрированной или разбавленной в два раза дистиллированной водой водорослевой суспензии на 100 см культивационной воды.

В хроническом опыте дополнительно добавляют 1-2 раза в неделю 0,1-0,2 см дрожжевой суспензии на 100 см воды.

Пробы сточной воды для биотестирования отбирают, руководствуясь инструкцией по отбору проб для анализа сточных вод НВН 33-5.3.01-85; отраслевыми стандартами или другими нормативными документами. Пробы природной воды отбирают, руководствуясь ГОСТ 17.1.5.05-85. Отбор проб грунта, транспортировка и хранение осуществляется в соответствии с ГОСТ 12071-84.

Биотестирование проб воды проводят не позднее 6 ч после их отбора. Если указанный срок не может быть соблюден, пробы хранят до двух недель с открытой крышкой внизу холодильника (при +4°С). Не допускается консервирование проб с помощью химических консервантов. Перед биотестированием пробы фильтруют через фильтровальную бумагу с размером пор 3,5--10 мкм.

Для проведения биотестирования из отобранных проб осадков сточных вод и отходов готовят водную вытяжку, для этого в сосуд для выщелачивания, где находится взвешенная воздушно-сухая масса отхода или осадка сточных вод с абсолютно-сухой массой 100±1 г, добавляется вода, используемая для культивирования. Вода добавляется в соотношении 1000 см воды на 100 г абсолютно-сухой массы.

Смесь должна перемешиваться слабо на мешалке в течение 7-8 часов таким образом, чтобы твердое вещество находилось во взвешенном состоянии. Недопустимо измельчение частиц отходов или осадков при перемешивании. Используется магнитная мешалка, а скорость перемешивания должна быть наименьшей, при котором материал поддерживается во взвешенном состоянии.

После окончания перемешивания раствор с осадком оставляют на 10-12 часов для отстаивания. Затем жидкость над осадком сифонируется.

Фильтрация осуществляется через фильтр «белая лента» на воронке Бюхнера с применением слабого вакуума.

Процедура биотестирования проводится не раньше чем через 6 ч после приготовления вытяжки из осадка, отхода. Если это невозможно, то допускается хранение экстракта в холодильнике не более 48 ч.

Водная вытяжка должна иметь рН=7,0-8,2. При необходимости пробы нейтрализуют. После нейтрализации пробы аэрируют 10-20 мин. Перед биотестированием температуру пробы доводят до 20 ± 2С.

Для определения острого токсического действия проводят биотесирование исходной исследуемой воды или водной вытяжки из почвы, осадков сточных вод, отходов и нескольких их разбавлений.

Определение токсичности каждой пробы без разбавления и каждого разбавления проводится в трех параллельных сериях. В качестве контроля используется три параллельные серии с культивационной водой.

Биотестирование проводится в химических стаканах объемом 150-200 см, которые заполняются 100 см исследуемой воды, в них помещают по десять дафний в возрасте 6-24 ч. Чувствительность дафний к токсикантам зависит от возраста рачков. Возраст определяется по размеру рачков и обеспечивается фильтрацией рачков через набор сит. Дафний отлавливают из культиваторов, в которых выращивается синхронизированная культура. В отдельный стакан отсаживают одновозрастных рачков после их фильтрации через набор сит, а затем отлавливают по одному пипеткой (с опиленным и опаленным концом) объемом 2 см с резиновой грушей и сажают в стакан с исследуемой водой.

Посадку дафний начинают с контрольной серии. В исследуемые растворы дафний помещают, начиная с больших разбавлений (меньших концентраций загрязняющих веществ) к меньшим разбавлениям. Для работы с серией контроля должен быть отдельный сачок.

Для каждой серии исследуемой воды используется 3 химических стакана.

Учет смертности дафний в опыте и контроле проводят через каждый час до конца первого дня опыта, а затем 2 раза в сутки ежедневно до истечения 96 часов.

Неподвижные особи считаются погибшими, если не начинают двигаться в течение 15 секунд после легкого покачивания стакана.

Если гибель дафний в контроле превышает 10%, результаты опыта не учитывают, и он должен быть повторен.

Для определения острой токсичности исследуемых вод, водной вытяжки рассчитывается процент погибших в тестируемой воде дафний по сравнению с контролем:

где Х- количество выживших дафний в контроле; Х- количество выживших дафний в тестируемой воде; А- процент погибших дафний в тестируемой воде.

При А?10% тестируемая вода или водная вытяжка не оказывает острого токсического действия (БКР). При А?50% тестируемая вода, водная вытяжка оказывает острое токсическое действие (ЛКР).

Если экспериментально не удается установить точного значения кратности разбавления, вызывающей 50% гибель дафний за 96 часов экспозиции, то для получения точного значения ЛКР без выполнения дополнительных экспериментов, используется графический или неграфический метод определения.

При графическом методе определения ЛКР, чтобы получить на графике линейную зависимость, используется пробит анализ. Результаты экспериментов по установлению острого токсического действия из рабочего журнала заносят в таблицу 1. Значения пробитов устанавливают по таблице 2. В таблицу 3 вносятся значения пробитов для экспериментально установленного процента гибели дафний и значения десятичных логарифмов для исследованных концентраций сточных вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов.

По значениям пробитов (таблица 2.8) и десятичных логарифмов от экспериментально полученных данных (таблица 2.7) строится график, по оси абсцисс откладываются значения логарифмов процентных концентраций исследуемых вод, по оси ординат - пробиты от значений процента гибели дафний. Экспериментальные данные вносятся в систему координат, и через точки проводится прямая.

На графике параллельно оси логарифмов концентраций (lgС) проводится прямая из точки, соответствующей пробитному значению 5, что соответствует 50% гибели дафний (из таблицы 2). Из точки пересечения прямых с графиком зависимости пробитного значения ингибирования тест-параметра от логарифма концентраций и получают значение логарифма концентраций исследуемых вод, водных вытяжек, соответствующих ЛКР.

Полученные данные биотестирования вносятся в таблицу, форма записи которой представлена в таблице 2.7

Таблица- 2.7 Форма записи результатов определения острой токсичности сточной воды

Значения пробитов для экспериментального устанавливаемой гибели дафний от 0 до 99 % представлены в таблице 2.8

Таблица -2.8 Значение пробитов

При неграфическом методе определения ЛКР десятичный логарифм концентрации исследуемых сточных вод обозначается за х, а численные значения пробитов гибели дафний - у. В результате получаем линейную зависимость:

Численные значения коэффициентов k и b вычисляются по формулам:

Полученный логарифм процентной концентрации исследуемой воды (lgC) переводится в процентную концентрацию. Безвредная кратность разбавления (БКР10-96) рассчитывается путем деления 100% на полученную процентную концентрацию.

Класс опасности устанавливается по кратности разведения водной вытяжки, при которой не выявлено воздействие на гидробионтов в соответствии со следующими диапазонами кратности разведения в соответствие с таблицей 2.8

Таблица- 2.8 Показатели кратности разведения водной вытяжки

Результаты определения класса опасности.

После проведения ряда экспериментов получены следующие данные по установлению класса опасности для предприятий города Саратова и Энгельса.

Опыт, поставленный на тест-объектах дафнии с целью установления изменения их плодовитости для предприятия ОАО СЭМЗ «Электродеталь», дал следующие результаты, предоставленные в таблице 2.9. Исходя из полученных данных рассчитаны ИКР50-96 равная 219,3, что соответствует острой токсичности отхода и БКР10-96 равная 1466,2 значение которой лежит в интервале от 10000 до 1001, что соответствует 2 классу опасности в соответствии с таблицей 2.8 методики.

Опыт, поставленный на тест-объектах дафнии для предприятия ОАО Завод «Газпроммаш», дал следующие результаты, предоставленные в таблице 2.10. Исходя из полученных данных рассчитаны ИКР50-96 равная 312,6, что соответствует острой токсичности отхода и БКР10-96 равная 910,7 значение которой лежит в интервале от 1000 до 101, что соответствует 3 классу опасности в соответствии с таблицей 2.8 методики.

Опыт, поставленный на тест-объектах дафнии для предприятия ОАО «Саратовский НПЗ», дал следующие результаты, предоставленные в таблице 2.11. Исходя из полученных данных рассчитаны ИКР50-96 равная 3,8, следовательно не оказывает острого токсического действия и БКР10-96 равная 13,7 значение которой лежит в интервале от 1 до 100, что соответствует 4 классу опасности в соответствии с таблицей 2.8 методики.

Опыт, поставленный на тест-объектах дафнии для предприятия ЗАО «Факс-Авто», дал следующие результаты, предоставленные в таблице 2.12. Исходя из полученных данных рассчитаны ИКР50-96 равная 0,95, следовательно не оказывает острого токсического действия и БКР10-96 равная 1,61 значение которой лежит в интервале от 1 до 100, что соответствует 4 классу опасности в соответствии с таблицей 2.8 методики.

Опыт, поставленный на тест-объектах дафнии для предприятия ОАО АТП-2, дал следующие результаты, предоставленные в таблице 2.13. Исходя из полученных данных рассчитаны ИКР50-96 равная 0,49, следовательно не оказывает острого токсического действия и БКР10-96 равная 1,001 значение которой лежит в интервале?1, что соответствует 5 классу опасности в соответствии с таблицей 2.8 методики.

Опыт, поставленный на тест-объектах дафнии для предприятия ОАО СГАТП-6, дал следующие результаты, предоставленные в таблице 2.14. Исходя из полученных данных рассчитаны ИКР50-96 равная 0,199, следовательно не оказывает острого токсического действия и БКР10-96 равная 0,409 значение которой лежит в интервале?1, что соответствует 5 классу опасности в соответствии с таблицей 2.8 методики.

При известных составе загрязнений и расходах сточных вод требуемая кратность их разбавления в основном зависит от геометрических размеров водоема, скорости и направления движения в нем воды.

При выпуске сточных вод в водоемы происходит снижение концентрации загрязняющих веществ за счет перемешивания сточной воды с водной средой. Этот процесс количественно характеризуется кратностью разбавления:

где С в – концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, выпускаемых водоемом;

С 0 и С – концентрация загрязняющих веществ в водоеме до и после выпуска сточных вод.

Однако формула неудобна для применения на практике.

Для водоемов с направленным движением (рек) ее рекомендуется определять по формуле:

(2.2)

где Q В, Q 0 – объемный расход сточной воды и водоема соответственн

γ – коэффициент смещения, показывающий, какая часть расхода Q участвует в смещении.

В начальном сечении кратность разбавления равна 1; т.к.

γ = 0 ; то = 1.

Концентрация загрязняющих веществ в водоеме в любой момент времени:

(2.3)

где τ = V*(Q 0 + ∑Q В – Q В) период полного обмена воды в водоеме;

V – объем водоема;

Q В – потери расхода воды (например, за счет испарения);

Концентрацию загрязняющих веществ для максимально загрязненной струи потока реки без уточнения ее расположения, форму, размеров определяют по методу Флорова – Родзиллера:

С max = С + (С 0 – С)* (2.4)

где α – коэффициент характеризующий гидравлические условия смещения;

x – координата в направлении скорости и течения, началом которой является (х=0) место выпуска сточных вод.

Участок смещения в водоеме условно делят на три зоны (рис. 2.1).

Рис.2.1. Схема распространения сточных вод в водоеме:

I зона – концентрация загрязняющих веществ уменьшается за сче6т смещения, обусловленного разностью скоростей струи сточной воды и водоема;

II зона – участок турбулентного перемешивания;

III – зона – участок полного смешения, когда скорости струй сточных вод и водоема выровнялись полностью.

Для оценки наименьшей кратности разбавления для слабопрочных водоемов пользуются другим методов, так называемым методов Лапшева Н.Н. Он применяется для расчета кратности разбавления при распределенных и сосредоточенных выпусках сточных вод со скоростью истечения из выпускных устройств W 0 ≥ 2 м/с:

……………………………………(2.5)

где А – коэффициент, характеризующий равномерность выпуска; для сосредоточенного выпуска А = I, а для распределенного выпуска:

(2.6)

I – расстояние между устройствами выпуска; d 0 – диаметр выпускного отверстия; Р – коэффициент, характеризующий степень проточности водоема (озера, водохранилища);

S – параметр, определяемый относительной глубиной водоема.

Для водоема, где движение воды определяется потоком сбрасываемых сточных вод:

где I n – расстояние от места выпуска сточных вод до берега в направлении скорости течения сточных вод, м.; F 0 – суммарная площадь отверстий выпуска, м 3 .

Для водоема, где течение определяется ветром, коэффициент:

, (2.8)

где W n – скорость течения, м/с;

W 0 – скорость сточных вод на выходе из изголовка, м/с.

Расчет кратности разбавления сточных вод в реках

Разбавление сточных вод представляет собой процесс снижения концентрации загрязняющих веществ, протекающих вследствие перемешивания сточных вод с водной средой. Интенсивность процесса количественно характеризуется кратностью разбавления (n), которую для водоемов с направленным движением воды (течением реки) определяют по формуле :

, (2.9)

где Q В и Q 0 – соответственно объемные расходы части воды в водоеме и сточной воды;

γ – коэффициент смешения, показывающий долю воды в водоеме, участвующей в процессе смешения:

где L – длина русла от места выпуска сточных вод до расчетного пункта водопотребления, м;

α – коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения – коэффициент:

где ξ – коэффициент, учитывающий местоположение выпуска сточных вод (для берегового выпуска ξ = 1, для руслового ξ = 1,5);

δ – коэффициент извилистости русла;

D – коэффициент турбулентной диффузии,

, (2.12)

где q – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

H – средняя глубина русла, м;

W a n – средняя скорость потока воды в водоеме, м/с;

С ш – коэффициент Шези, (1/м*с);

М g - коэффициент Буссинеска, 1/м*с (для воды М g = 22,3 (1/м*с)).

Расчет кратности разбавления сточных вод в извилистых руслах

Рассмотренный выше метод не учитывает поперечных составляющих скорости течения воды в извилистых руслах, которые могут значительно ускорить процесс перемешивания сточных вод. Это объясняется тем, что такие течения имеют место из областей с высокими концентрациями загрязняющих веществ в области с меньшими концентрациями и наоборот.

Наименьшее общее разбавление для сосредоточенного выпуска сточных вод определяют по формуле:

, (2.13)

где β – коэффициент, учитывающий относительные параметры русла B/Н и R/В (рис.2.2);

В – ширина реки, м;

Н – глубина, м;

R – радиус кривизны водостока, м;

L – расстояние от места выпуска до расчетного сечения, м;

Расчет кратности разбавления проводят в следующем порядке:

1. Криволинейный участок разбивают на m участков с одинаковыми значениями относительных параметров В/Н и R/Н.

2. Определяют длины L 1 , L 2 , …, L m и по графику (рис.2.2) находят значения β 1 , β 2 , …, β m . При этом изменение знака кривизны не меняет методики расчета.

3. Кратность разбавления на первом участке, а затем расход смеси бытовых и речных вод на расстоянии L 1:

Q 1 = n 1 *Q

4. Кратность разбавления, расход смеси сточных вод на последующих участках:

Q i = n 1 *n 2 *…*n i *Q 0 .

5. Общая кратность разбавления:

n = n 1 *n 2 *…*n m .

Расчет кратности разбавления сточных вод в водохранилищах и озерах

Условия смешения сточных вод с водами водохранилища и озер значительно отличаются от условий смешения в реках.

Степень загрязнения водоемов интенсивно уменьшаются на незначительном удалении от места сброса сточных вод, однако полное перемешивание сточной воды с объемом воды в озере происходит на очень больших расстояниях от места сброса.

Расчет кратности разбавления проводят для рассеивающих и сосредоточенных выпусков при скорости истечения сточных вод W 0

При расчете НДС для локального выпуска сточных вод рекомендуется использовать полуэмпирический метод, используемый в сложившейся практике при расчете норматива ПДС («Методика расчета ПДС веществ в водные объекты со сточными водами» 1990 год).

Основное уравнение для расчета ПДС имеет вид:

Q,q-расчетные расходы воды в водных объектах и сточных водах,

Концентрация загрязняющих веществ одинакового вида в сточных водах и в водном объекте до места спуска сточных вод,

–коэффициент смешения,

–принимается как ПДК в расчетном створе для данного водного объекта.

Определение нормирующего сброса загрязняющих веществ зависит от коэффициента смешения или более частого используемого понятия кратности разбавления.

Кратность разбавления связана с коэффициентом смешения следующим приближенным соотношением:

Процесс разбавления сточных вод происходит в 2 стадии: начальное и основное разбавление.

Общая кратность разбавления представляется в виде произведения:

–кратность основного разбавления.

1.2. Определение кратности начального разбавления.

Начальное снижение концентрации загрязняющих веществ связано с инжекцией (проникновением) сточной жидкости в приточную струю водотока.

Начальное разбавление рекомендуется рассчитывать при выпуске сточных вод в водные объекты при соотношении скоростей в нем (скорость реки и скорость выпуска),. Или при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска. При меньших скоростях расчет начального разбавления не производится.

Кратность начального разбавления рассчитывается в соответствии с методикой Н.Н. Лапшева «Расчеты выпуска сточных вод» Москва, Стройиздат, 1978 год.

Исходные данные для расчета.

В реке устанавливается русловой сосредоточенный выпуск, сбрасывающий сточные воды с максимальным расходом q=17,4 м 3 /ч=0,00483 м 3 /сек.

Расчетный минимальный среднемесячный расход реки 95% обеспеченности Q=0,3 м 3 /сек.

Средняя скорость потока реки .

Средняя глубина Н ср =0,48 м.

Скорость истечения струи из выпуска , при этом

Принимаем =0,1 м

Уточненная скорость истечения из водовыпуска

Кратность начального разбавления

Относительный диаметр струи в расчетном сечении

Определение параметра m

Относительный диаметр струи в расчетном сечении определим с помощью номограммы.

Начальное разбавление заканчивается в сечении, где струя не может присоединять расход. По данным экспериментальных исследований это сечение следует условно принимать там, где скорость на оси струи на 10-15 см/сек превышает скорость речного потока.

Кратность начального разбавления

Вследствие ограничения округа доступа жидкости, интенсивность разбавления будет снижаться.

Для количественной оценки данного явления необходимо вычислить отношение ,где

–глубина водотока,

Диаметр нестесненной струи

1.3 Определение кратности основного разбавления.

За пределами участка начального разбавления, перемешивание осуществляется за счет диффузии примеси. Для расчета основного разбавления сточных вод будем использовать методику Н. Д. Родзиллера «Указания по методам расчета смешения и разбавления сточных вод в реках, озерах и водохранилищах», Москва 1977 год. Эта методика может быть использована при отношении расхода сточных вод к расходу воды в водном объекте.

Исходные данные.

Расчетный расход в водотоке в фоновом створе Q=0,3 м 3 /сек

Расчетный расход сточных вод в выпуске q=0,00483 м 3 /сек

Средняя скорость водотока при расчетном расходе V c р =0,11 м/сек

Средняя глубина водотока при расчетном расходе Н ср =0,48 м

Расстояние от выпуска до контрольного створа по прямой L п =500 м

Расстояние от выпуска до контрольного створа по форватору L ф =540 м

1) Определение коэффициента смешения