Перевірка одержаного ступеня очищення за БПК з урахуванням концентрації кисню, розчиненого у воді водойми

Концентрація розчиненого кисню у водоймі є наслідком двох процесів, які одночасно протікають у воді:

1) споживання кисню органічними речовинами, які знаходяться в річковій воді, та забрудненнями, які вносяться в водойму зі стічними водами;

2) атмосферної аерації, як найбільш суттєвого та практично важливого джерела постачання до води водойми кисню.

Вода вважається насиченою киснем, коли останній знаходиться в межах його розчинення при заданій температурі (див. додаток М, табл. М.3).

Поглинання кисню органічними речовинами зменшує наявність його у воді. Дефіцит кисню – різниця між кількістю кисню, який при заданій температурі і тиску може розчинятися в воді у випадку насичення повітрям і реальною кількістю кисню в воді.

Дефіцит кисню (мг/л) до спуску стічних вод визначаємо за формулою:

Д = О – О_Р, (9.1)

де О – розчинність кисню в чистій воді (див. додаток П);

О_Р – фактична наявність розчиненого кисню в річці до випуску стічних вод (див. додаток Г).

Реаерація проточних водойм здійснюється за законом поглинання розчинних газів ненасиченими рідинами, що знаходяться в стані безперервного перемішування. При цьому швидкість розчинення газів змінюється прямо пропорційно недонасиченню рідини газом. Цей закон застосовується і для реаерації річок.

Дефіцит кисню через визначений період часу Д_t становитиме:

, (9.2)

де Д₀ – початковий дефіцит кисню;

k₂ – константа реаерації (див. додаток М, табл. М.2).

Швидкість насичення води киснем залежить від температури води і від поверхні контакту води з повітрям, тобто від інтенсивності перемішування. Тому значення константи реаерації виявляється різним для водойм із неоднаковим гідрологічним режимом.

Константа швидкості споживання кисню k₁ і константа реаерації k₂ у неоднаковій мірі залежать від температури води. При зниженні температури швидкість споживання кисню буде зменшуватися швидше, ніж швидкість реаерації, а при підвищенні – навпаки. Тому кисневий режим частіше піддається порушенню при більш високих температурах води.

Значення БПК_повн. суміші річної та стічної води в місці випуску (мг О₂/л) визначають для літнього і зимового періодів за формулою

. (9.3)

Коефіцієнт к ₁ визначають з додатка М, табл.. М.1.

Треба відзначити, що процеси споживання кисню органічними забрудненнями і забезпечення водойми киснем за рахунок атмосферної реаерації протікає одночасно, тобто кисневий режим водойми є результатом спільного впливу обох процесів.

Визначення часу Т_{кр. доб}, критичного, або найбільшого зменшення наявності розчиненого кисню у воді водойми здійснюємо за формулою

. (9.4)

Коефіцієнт к ₂ визначається за додатком М, табл. М.2.

Т_кр визначається для літнього та зимового періодів для двох обраних річок.

Якщо у фігурних дужках виходить від’ємна величина, то приймається Т_кр = 0.

Це означає, що Т_кр знаходиться в місці випуску стічних вод у річку.

Дефіцит кисню Д_кр у критичній точці мг/л визначається за формулою

. (9.5)

Наявність розчиненого кисню у воді водойми в момент Т_кр визначаємо для двох річок для зимового і літнього періодів.

О_кр = О – Д_кр. (9.6)

Порівнюємо отримані результати з нормативними залежно від категорії водокористування.

Якщо значення О_кр виявиться більшим або однаковим з нормативним значенням наявності розчиненого кисню залежно від виду водокористування (див. додатки Д і Е), тобто О_кр = О_ГДК, то кисневий режим у річці не буде порушено внаслідок скиду очищених стічних вод навіть у критичних точках.

Інший простіший і дотепер застосовуваний спосіб розрахунку необхідного ступеня очищення стічних вод за розчиненим у водоймі киснем заснований на врахуванні лише того розчиненого кисню, що надходить з річковою водою до місця спуску стічних вод, а насичення реаерацією враховується побічно. При цьому вважається, що, якщо кількість розчиненого кисню, що утримується в річковій воді, не зменшиться нижче ніж на 4 мг/л для першого виду водокористування протягом перших двох діб, то зниження не відбудеться і надалі. Для рибогосподарських водойм – не менше 6 мг/л, тобто не менше, ніж нормативні вимоги до води водойм.

Ця умова виражається наступним рівнянням балансу:

, (9.7)

де g∙ Q _р – розрахункова витрата, що бере участь у змішуванні, м³/с;

О_Р – наявність розчиненого у воді водойми кисню до місця скиду стічних вод мг/л (див. додаток Б);

Q – витрата стічних вод, м³/с;

L_р – БПК_повн річної води, мг О₂/л (див. додаток Г);

L_ст – БПК_повн стічної води, мг О₂/л (див. додаток Г);

0,4 – коефіцієнт для перерахування БПК_повн на дводобове, яке визначається лабораторним шляхом;

О_ГДК – нормативна концентрація розчиненого кисню в річці залежно від виду водокористування (див. додатки Д і Е).

З цього рівняння визначають допустиму величину БПК_повн стічних вод. Максимально допустима величина БПК_повн (мг О₂/л) стічних вод, які спускаються, з урахуванням необхідного збереження у водоймі мінімальної наявності розчиненого кисню О_БПК для різних категорій водокористування визначають за формулою

, (9.8)

Величину БПК_повн визначають для двох обраних річок для зимового і літнього періодів.

Із усіх, одержаних у попередніх розрахунках максимально допустимих значень БПК_повн стічних вод, які скидаються, слід обрати мінімальне та прийняти його за розрахункове.

Для забезпечення вибору максимально допустимого значення БПК_повн стічних вод, що скидаються, необхідно виписати всі одержані раніше величини L для літнього та зимового періодів для двох річок і підкреслити найменші значення. Вони й будуть розрахунковими.

Якщо ці величини відрізняються від величини L_ех, то слід уточнити ефект очищення за формулою (8.6).

Виконуємо розрахунок для річки І-1 влітку (t = 20⁰С).

;

;

;

;

.

Значення О_кр виявилось рівним нормативному значенню наявності розчиненого кисню, тому внаслідок скиду очищених стічних вод кисневий режим у річці не буде порушено.

Виконуємо розрахунок для річки І-1 взимку (t = 3⁰С).

;

;

;

;

.

Значення О_кр виявилось рівним нормативному значенню наявності розчиненого кисню, тому внаслідок скиду очищених стічних вод кисневий режим у річці не буде порушено.

.

У такому разі необхідно передбачити аерацію водойми.

Виконуємо розрахунок для річки ІІ-1 влітку (t = 19⁰С).

;

;

;

;

.

Значення О_кр виявилось рівним нормативному значенню наявності розчиненого кисню, тому внаслідок скиду очищених стічних вод кисневий режим у річці не буде порушено.

Виконуємо розрахунок для річки ІІ-1 взимку (t = 5⁰С).

;

;

;

;

.

Значення О_кр виявилось рівним нормативному значенню наявності розчиненого кисню, тому внаслідок скиду очищених стічних вод кисневий режим у річці не буде порушено.

.

У такому разі необхідно передбачити аерацію водойми.

У подальших розрахунках приймаємо мінімальне значення з усіх, одержаних розрахунком значень БПК_повн.

Для річки І-1:

Для річки ІІ-1:

.

Питання для самоперевірки

1 Як визначити дефіцит кисню у воді?

2 Що показує час Т_кр?

3 Якими фізичними явищами обумовлюється концентрація розчиненого кисню у воді?

4 Як впливає температура води на вміст у ній розчиненого кисню?

5 Від чого залежить швидкість насичення води киснем?