МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. · изучение закономерностей диффузионных процессов в гидросфере;

Цель работы:

· изучение закономерностей диффузионных процессов в гидросфере;

· оценка требуемой очистки сточных вод, позволяющая обоснованно выбрать тип и мощность очистных сооружений, варианты размещения оголовков выпуска (у берега или в стержень) и их конструктивных особенностей.

 

Разбавление сточных вод – процесс снижения концентрации загрязняющих веществ в водотоках и водоемах, протекающий вследствие перемешивания сточных вод с окружающей водной средой. Распространение примесей происходит в направлении господствующих течений, и в этом же направлении кратность разбавления имеет тенденцию к увеличению. В условиях полного перемешивания концентрация загрязняющих веществ стремиться к фоновой. Участок водоема или водотока от места выпуска сточных вод до сечения, где произойдет их полное перемешивание, условно разделяют на три зоны:

Первая зона – начальное разбавление. Здесь процесс разбавления происходит вследствие увеличения окружной скорости жидкости турбулентным струйным потоком, образующимся при истечении сточной воды из оголовка выпуска. В конце первой зоны разность скоростей струйного потока и окружающей среды становится незначительной.

Вторая зона – основное разбавление. Степень разбавления в этой зоне определяется интенсивностью турбулентного обмена.

Третья зона – в этой зоне разбавления сточной воды практически нет. Снижение концентраций загрязняющих веществ происходит в основном за счет процессов самоочищения воды.

 

 

Рис. 1. Схема для расчета условий сброса сточных вод:

0 – 0 – нулевой створ; I –I –расчетный створ; ПП – промышленное предприятие; ОС – очистное сооружение.

 

Разбавление сточных вод в водотоках определяется комплексным влиянием следующих трех процессов:

· распределение сточных вод в начальном сечении водотока, которое зависит от конструкции выпускного сооружения;

· начальное разбавление сточных вод, протекающее под действием турбулентных струй;

· основное разбавление сточных вод, определяющееся гидродинамическими процессами водоемов и водотоков.

Все факторы и условия, определяющие процесс разбавления, можно разделить на две группы:

Первая группа – конструктивные и технологические особенности выпуска сточных вод (конструкция выпускного сооружения; число, форма и размеры выпускных отверстий; расход и скорость выпускаемых сточных вод; технология и санитарные показатели сточных вод – физические свойства, концентрация загрязняющих веществ и др.);

Вторая группа – гидрологические особенности водоемов и водотоков (характер движения водных масс; причины, вызывающие эти движения – сток, ветер, температура, плотность и т.д.; морфологические характеристики русла водотока или ложа водоема; степень проточности водоема; состав и свойства водной среды).

Например, из факторов первой группы установлено, что разбавление протекает более интенсивно при рассеивающих выпусках. Из физических свойств сточной воды наибольшее влияние на разбавление начальная плотность и температура, причем не их абсолютные значения, а разность между параметрами сточной воды и окружающей водной среды.

Из факторов второй группы существенное значение имеют вторичные течения, например на повороте русла, когда потоки движутся не только в основном, но и в обратном направлении.

 

Методика расчета. Промышленное предприятие через очистные сооружения сбрасывает сточные воды в водоем (см. рисунок). Участок водоема от места выпуска стоков условно делят на следующие зоны:

1) зона начального разбавления, в которой скорости истечения стоков υ_c существенно выше скорости потока воды υ_n;

2) зона основного разбавления, в которой υ_с = υ_n и перемешивание стоков идет за счет турбулентной диффузии;

3) зона самоочищения, которую в расчетах не учитывают.

Общее разбавление СВ определяют как произведение кратности начального и основного разбавлений, являющихся результатом перемешивания стоков в зонах 1 и 2.

Начальное разбавление n_н

(1)

 

где d - отношение расчетного диаметра струи к диаметру выпускного отверстия; m - безразмерный коэффициент,

(2)

 

ρ_n и ρ_c- плотности соответственно потоков воды и СВ, принимаемые обычно равными единице.

Основное разбавление n₀ рассматривают как величину, обратную коэффициенту смешения γ:

(3)

(4)

 

где α– безразмерный коэффициент, учитывающий гидрологические особенности водоема,

(5)

(6)

где z-коэффициент, зависящий от расположения выпуска сточных вод в водоток: при выпуске у берега z=1, при выпуске в фарватер z=1.5;

t - коэффициент извилистости водотока, т.е. отношение расстояние между рассматриваемыми створами водотока по фарватеру l_ф к расстоянию по прямой l_п.;

D - коэффициент турбулентной диффузии, для равнинных рек D= υ_срh_ср/200;

h_ср -средняя глубина водоема на данном участке, м, υ_ср – средняя скорость течения реки на данном участке, м/с.

Расчетная концентрация ЗВ после полного перемешивания

(7)

Где C_исх- концентрация ЗВ в неочищенных стоках, мг/л; n_H и n₀ - кратность начального и исходного разбавления.

Требуемая степень очистки

(8)

 

Задание. 1. Определить требуемую степень очистки производственных стоков, если известны максимальный расход Q_max стоков, содержащих ЗВ с концентрацией С_исх, фоновым загрязнением 20% от ПДК ЗВ, глубина реки h, минимальный расход воды Q_min, скорость потока воды в реке υ_n, скорость истечения стоков υ_c (см. таблицу). Створ водопользования находится от места выпуска на расстоянии l_n по прямой и l_ф по фарватеру. Отношение расчетного диаметра струи к диаметру оголовков равно d, плотности стоков и воды в потоке равны единице.

2. Оценить каждый вариант выпуска и обосновать инженерные решения по защите водоема от загрязнения, превышающего ПДК.

 

Инженерный анализ. По результатам расчета предложить для данного загрязняющего вещества наиболее эффективный метод очистки сточных вод.

Комплекс инженерных решений включает:

1) выбор места сброса (у берега или в стрежень);

2) оценку целесообразности применения рассеивающих выпусков при неполном перемещении СВ до створа водопользования (определяется по соотношению между кратностью полного разбавления и частным от деления Q_min на Q_max);

3) выбор и обоснование метода и средств очистки для заданного загрязняющего вещества; (сорбция, флотация, электрохимическая и биологическая очистка, озонирование и др.).

 

Контрольные вопросы

1. В чем проявляется негативное воздействие загрязняющих гидросферу веществ?

2. В чем преимущества и недостатки методов защиты гидросферы от загрязняющих веществ?

3. Как учитывается при расчетах извилистость реки?

4. Какие конструктивные и технологические особенности выпуска сточных вод и гидрологические особенности водоемов и водотоков существенно влияют на процесс разбавления сточных вод?

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения контрольных работ по дисциплине «Основы маркетинга»