Величины ПДС определяются как произведение максимального, суточного расхода сточных вод qст (м3/ч) на предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ Спдс (г/м2);
ПДС=qст х Cpc
Для установления предельно-допустимой концентрации - Спдс в настоящем документе рекомендовано 2 методических подхода.
Первый метод основан на нормативах качества воды конечного водоприемника с учетом ассимилирующей, испарительной, фильтрующей способности накопителя при уже сформировавшемся фоновом состоянии.
Спдс = Сф + (Спдк - Сф) Ка
где
Спдс - расчетно-установленная концентрация загрязняющего вещества в СВ, обеспечивающая нормативное качество воды в контрольном створе, мг/л (в данном случае - в накопителе);
Сф - фоновая концентрация загрязняющего вещества в накопителе, в контрольном створе, мг/л;
Спдк - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде конечного водоприемника сточных вод, мг/л;
Ка - коэффициент, суммарного учитывающий ассимилирующую, испарительную, фильтрующую и др. способности накопителя.
Примечание. Если конечным водоприемником сточных вод является накопитель замкнутого типа, т.е. когда нет открытых водозаборов воды на орошение или не осуществляются сбросы части стоков накопителя в реки или др. природные объекты, то в качестве Спдк принимаются значения гигиенических ПДК из СанПиНа № 4б30-88 (2-ой класс).
В этих случаях необходимо учитывать эффект суммации согласно СанПиНа № 4630-88.
В случае отведения части стоков накопителя в реки или на орошение в качестве Спдк принимаются соответственно предельно-допустимые концентрации рыбо-хозяйственного водопользования (ПДКрыб) и нормы качества оросительной воды (ПДКорошения).
Коэффициент Ка определяется по формуле :
Ка = (qн + qu + qф + qп)/qст , где
qн - удельный объем воды накопителя, участвующий во внутриводоемных процессах, м3/год ;
qu - удельный объем воды, испаряющейся с поверхности накопителя, м3/год
qф - объем сточных вод, фильтрующихся из накопителя, м3 / год;
qп - объем потребляемой воды (если такие объемы имеются), м3 / год;
qст - расход сточных вод, отводимых в накопитель, м3 /год.
Подставляя значения формулы ( ) в уравнение ( ) , находим, что
Спдс = Сф + (Спдк - Сф) [qн + qu + qф + qп)/ qст],
где значения qн и qu находим по формулам ( ):
qн= Q/tэ;
qu=Qu/tэ,
где
Q - фактический объем накопителя СВ на момент расчета ПДС, м3,
tэ- время фактической эксплуатации накопителя, годы;
Qu - испарительная способность накопителя, м3.
Необходимые для расчета Спдс значения qн; qu; qф; qп; qст ; Q: tэ; Qu представляются предприятием - водопользователем из проектных данных или материалов фактической инвентаризации систем водопользования. В качестве Сф необходимо использовать данные Казгидромета. Если Казгидромет не имеет постов наблюдения, в качестве Сф необходимо использовать результаты анализов соответствующих региональных экологических служб либо аналитических лабораторий предприятия-водопользователя:
qф = 365 (k m Hо) / (0,366 1g R/Rk),
где
k - коэффициент фильтрации водоносного горизонта, м/сут;
m - мощность водоносного горизонта, м;
Hо - высота столба сточных вод в накопителе, м;
R - расстояние от центра накопителя до контура питания водоносного горизонта, м;
Rk - радиус накопителя, м;
365 - количество суток в году (перевод суток в год).
Объем фильтрующих из накопителя сточных вод (qф) будет разным в период свободной фильтрации и в период, когда уровень грунтовых вод достигает основания накопителя. Однако смыкание уровня грунтовых вод с дном накопителя происходит сравнительно быстро за срок не более 1-2 лет, что значительно меньше срока эксплуатации накопителя (15-20 лет). Специфика этих процессов учитывается формулой .Находим величину Спдс по замыкающему алгоритм уравнению;
Спдс = Сф + (Спдк - Сф) [(Q/tэ + Qu /tэ + qф +qп)/ qст]
Приведенные в формуле гидрогеологические характеристики - k, m, Hо, R, Rk - представляются также предприятием - водопользователем, осуществляющим сброс СВ, используя проектные данные или фактические материалы инвентаризации.
Метод, основанный на уравнении турбулентной диффузии в цилиндрических координатах выведенный А.В. Караушевым. Для неконсервативного вещества дифференциальное уравнение турбулентной диффузии имеет вид.
dC/dt = D(d2 C/dr2) + B/r (dC/ dr) + kн C
где D - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с;
B - параметр, зависящий от гидродинамических характеристик накопителя и условий сброса сточных вод, м2/с;
r - радиус, выражающий расстояние от источника загрязнения, м;
kн, - коэффициент не консервативности, 1/с;
С - концентрация загрязняющего вещества в сточной воде, г/м3.
При сбросе в накопитель сточных вод, содержащих неконсервативные вещества, формирующая область загрязнения постепенно стабилизируется, достигая своих постоянных размеров в тот момент, когда масса распадающегося по всей зоне неконсервативного загрязняющего вещества становится равной массе этого вещества, поступающего в накопитель со сточными водами.
D (d2C/dr2) + B/r (dC / dr) + kн С = 0 ,
где первый член уравнения, содержащий вторую производную настолько мал, что им можно пренебречь, тогда формула имеет вид:
(d C/ d r ) = - (kн r/B) C
Находим расчетную формулу, позволяющую рассчитать допустимую концентрацию загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых в накопитель.
С пдс = С нак / [e (- kн r2/2B)
где Снак - заданная концентрация загрязняющего вещества в накопителе, г/м3.
Величина Снак определяется по формуле (13), выведенной авторами [18] на основе метода прогноза концентрации загрязняющих веществ в подземных водах вследствие фильтрации сточных вод:
Снак = Спдк [Кф qст + АL m x (1-1 год/ T)} / Kф qст},
где Спдк - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, г/м3 из СанПиНа № 4630-88;
Кф - коэффициент фильтрации сточных вод, безразмерная величина;
qст - объем сточных вод, отводимых в накопитель, м3/ год;
m - мощность водоносного горизонта, м;
А - безразмерный коэффициент учета мощности водоносного горизонта при смещении фильтрующихся СВ с подземными водами
А= 1(при m < 20 м);
А= 0,8 (при 20 м < m < 40 м);
А= 0,7 (при m > 40 м);
L - длина накопителя, дренирующая сточные воды, м;
Х - длина пути, проходимого подземными водами за 1 год;
Т - время эксплуатации накопителя, до конца которого для загрязняющих веществ будут действительны Спдс, годы.
Величина х определяется по формуле :
х = 365 k j
где k - коэффициент фильтрации водоносных пород, м/сут;
j - градиент уклона естественного потока подземных вод, безразмерная величина.
Величина Т вычисляется по следующей формуле:
Т= tэ + 3
Параметр В определяется по формуле (16):
В= D - qст/ф H
Где Ф - угол сектора, в который поступают загрязненные стоки с расходом qст. При выпуске вдали от берега ф=2п, при выпуске от прямолинейного берега ф=п;
Н - глубина накопителя, м.
Коэффициент турбулентной диффузии при слабом ветровом выполнении вычисляется по зависимости:
D= (g Hcp Vcp) / (M S), где
D - ускорение свободного падения, м/c;
Нcp - средняя глубина потока на расчетном участке, м;
Vcp - среднее значение скорости течения на участке распространения загрязняющих веществ, м/с;
M - функция коэффициента Шези;
S - коэффициент Шези, м/с.
Величина М для пределов 10 > S > 60 определяется по формуле:
М = 0,7 S + 6
При S > 60, M = const = 48.
Коэффициент Шези определяется по данным справочной литературы или по формуле:
S = 33 (Hср/ dэ) > 1/6, где
Нср - глубина потока, м;
DЭ - эффективный диаметр частиц донных отложений, мм.
При наличии процессов усиленного волнения, турбулизация водных масс возрастает и соответственно формула (17) имеет более сложную структуру. Пример расчета коэффициента диффузии для таких состояний приведен в работе.
Для консервативных веществ дифференциальное управление турбулентной диффузии имеет вид:
dC/dt=D (d2C/dr2)+ B/r (dc/dr),
которое после определенных преобразовании переходит в состояние:
В/r (dC/dr)=0
Накладывая граничные условия (C/r=0) и интегрируя уравнение (21), находим, что для консервативных веществ, т.е. веществ не распадающихся, не минерализующихся, не окисляющихся и т.д. в водоеме допустимая концентрация Спдс в сточных водах будет равняться заданной концентрации веществ в накопителе, т.е. Спдс = Снак.
Необходимые для расчета Спдс значения r, qст, m, L, J, tэ, Н, Vср, dэ представляются преподавателем, а kн - определяется из справочной литературы.