CC BY
84
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРАТНОСТИ РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД РЕЧНЫМИ
Кандидат технических наук И. Д. Родзиллер (Москва)
Допустимая концентрация вещества в сточных водах Сст, с которой они могут быть сброшены в водоем с тем, чтобы в расчетном пункте концентрация того же вещества не превышала предельно допустимой, может быть определена по формуле:
Сст= (л -\)(Сщ - СР) + Ст, (1
где п — кратность разбавления сточных вод водой водоема в интересующем нас пункте; Спе —предельно допустимая концентрация вещества, принимаемая согласно утвержденным Главной государственной санитарной инспекцией Министерства здравоохранения СССР нормативам; Ср —концентрация того же вещества в воде водоема до поступления в него сточных вод.
Формула (1) имеет общий вид и потому применима к любым водоемам— как к рекам, так и к водохранилищам и озерам.
В настоящей статье рассматривается определение кратности разбавления п только для рек. Что касается водохранилищ и озер, то определение п для них изложено в статье М. А. Руффеля 1.
Как известно, характер смешения сточных вод с речными зависит при прочих равных условиях от конструкции выпуска, которую можно подразделить на два типа — рассеивающий и береговой. При рассеивающем выпуске сточная вода может быть практически распределена по всей ширине реки. В этом случае уже в створе выпуска может быть достигнуто смешение сточных вод с речными, близкое к полному. Полная кратность разбавления П полн определяется по формуле:
п =0 + (2)
"полн >
ч
где С? — расход воды в реке (в м3/сек) в створе выпуска; ? — расход сточных вод (в м3/сек).
При выпуске сточных вод у берега перемешивание сточных и речных вод наступает на значительном расстоянии от выпуска. Обозначим расстояние от створа выпуска до створа полного смешения через см. Если определить концентрацию загрязняющего вещества в речной воде в створе выпуска в том месте, где в реку поступила сточнап жидкость, то мы обнаружим, что она мало чем отличается от С>ст-Только при очень малых расходах сточных вод ¿7 и очень больших скоростях течения реки V концентрация загрязняющего вещества в водоеме может быть заметно меньше Сст, что свидетельствует о том, что уже в створе выпуска имеет место некоторое начальное разбавление пнан■ Обычно же начальное разбавление очень невелико и, приняз его равным единице, мы фактически будем иметь некоторый запас в надежности расчета.
Итак, у выпуска сточных вод в самом загрязненном месте (там, куда поступила сточная вода) концентрация загрязняющих веществ в речной воде будет равна Сст. В створе выпуска сточная жидкость не разбавляется речной водой, а значительная часть створа по ширине реки не загрязняется веществами, внесенными в реку сточной жидкостью.
Рассмотрим теперь, как изменятся концентрации загрязняющего вещества в каком-нибудь створе ниже выпуска сточных вод, достаточно близко расположенном от выпуска. Мы обнаружим прежде всего, что
1 Водоснабжение и санитарная техника, 1957, № 7.
2 Гигиена и санитария, N1 11 Р"» Ц ЦШК*..} 17
/»•■ | терс 1 пак» , V 1
зона загрязненной воды будет занимать большую ширину, чем в ство-рс выпуска, однако все еще значительно меньшую, чем ширина реки. Концентрации вещества по ширине загрязненной зоны продолжают оставаться неодинаковыми. В какой-то струе концентрация вещества будет наибольшей; обозначим ее через Стах. i ■ В других струях концентрация вещества будет меньше, чем Cmax.i, а за пределами загрязненной зоны концентрация вещества окажется равной первоначальной величине Ср , ибо на эту часть реки загрязнения еще не распространятся. Если же сравнить максимальную концентрацию Стах./ с максимальной концентрацией створа выпуска Сст* то окажется, что Cmax.i меньше Сст ■ Такое изменение концентраций будет свидетельствовать о том, что сточная жидкость, попавшая в реку, уже смешалась с некоторой частью расхода реки. Обозначим эту часть расхода реки через Qcm.i ■ Следовательно, в этом створе расход воды в загрязненной зоне будет равен' Я + Qcm.i , а кратность разбавления сточной жидкости
п =Я±ОсмЛ (3>
Я
Рассмотрим распределение концентраций в створе, расположенном еще дальше от створа выпуска. Прежде всего мы установим, что ширина загрязненной зоны в этом створе будет больше, чем в предыдущем. И в нем также будет иметь место наиболее загрязненная струя, однако концентрация вещества в ней Стаг.2 будет меньше максимальной концентрации предыдущего створа С таг.г, за пределами же загрязненной зоны по-прежнему окажутся струи чистой воды с концентрацией вещества Ср. Такое изменение концентраций свидетельствует о том, что во втором створе со сточной жидкостью q смешалась часть расхода реки, большая, чем в первом створе, т. е. QCm.2>Qcm.i .
Расход воды в загрязненной зоне этого створа станет равным Я + Qcm.2, а кратность разбавления
q+qcm.i ...
л2 =------(4)'
Я
Итак, чем "Дальше от выпуска сточных вод находится рассматриваемый створ, тем шире в нем будет загрязненная зона и тем меньше концентрация вещества в максимально загрязненной струе Стах■ Наконец, на некотором расстоянии La от выпуска загрязнение распространится на все струи реки, т. е. во всех струях реки концентрация вещества Св будет больше первоначальной концентрации СР. Однако в различных струях речной воды концентрации вещества все еще будут неодинаковы. В створе будут иметь место как максимально загрязненная струя с концентрацией вещества Стах , так и струя с наименьшей концентрацией вещества, т. е. минимально загрязненная струя с концентрацией вещества Ст1Л.
В дальнейшем чем дальше будет расположен створ от места выписка, тем большая часть расхода реки (Q См ) смешается со сточной жидкостью q. Наконец, в некотором створе сточная жидкость q смекается со всем расходом реки Q, а концентрация вещества во всех струях этого створа станут равны между собой (Сср). Это и будет створ полного смешения.
Для обеспечения благополучного санитарного состояния в расчетном створе необходимо, чтобы концентрация вещества в максимально-загрязненной струе не превосходила предельно допустимой, т. е. Стах < C„g. Поскольку, таким образом, максимально загрязненная струя является для нас определяющей, под расходом QCm- мы и будем' подразумевать ту часть расхода реки, которая обусловливает изменение концентраций в максимально загрязненной струе. Величина QCm представляет собой часть расхода реки Q. Ее можно изобразить в виде-
О ™ = 70- (5
1де —коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода реки смешивается со сточной жидкостью в данном створе, и представляющий собой отношение доли расхода реки, участвующей в разбавлении сточных вод <2ГЖ. ко всему расходу реки <?."Так как в створе выпуска С}см= 0, то, очевидно, и у должна равняться нулю; в створе полного смешения С)см = С}. следовательно, в этом случае у = 1.
Для всех промежуточных створов между выпуском" и створом полного смешения у должна быть меньше 1 (0<у<1). Таким образом, учитывая величину 0СМ по уравнению (5), можно представить кратность разбавления п в промежуточных створах вместо выражений (3) и (4) в виде:
ч_±зЧ
«=-7-- (6)
Следовательно, для определения кратности разбавления сточной жидкости в данном створе п необходимо знать коэффициент смешения у.
Рассмотрим, как он определяется. При использовании речной воды в процессе производства, концентрация загрязняющего вещества в ней возрастает с Ср до Сст . Следовательно, речная вода приобретет некоторое добавочное загрязнение, Сст.г ; которое, очевидно, равно
сст.е= Сст — СР • (Ь
Тогда количество загрязнения 5, которое будет внесено в реку со сточной жидкостью
^ = чСст.ъ. (8)
Поступление в реку этого количества вещества 5 и приведет к росту концентраций в различных струях речной воды: в максимально загрязненной струе с Ср до Стах. , в створе полного смешения с С р до Сср. Аналогично (7) можно обозначить:
Ста -Ср = Спшх.е. О)
Сср-Ср = С(р& (10)
Поскольку увеличение концентраций в струях речной воды вызвано поступлением в реку загрязнения в количестве то
Стахл~ я + Ч<м~ ч+чЧ ( >
ч + 0 ч + Ч ()
откуда или
(*-Н<?) Стах.8 = (? + С2) Сср.£
7 Ст^.я я Ч
Для определения величины у необходимо знать увеличение концентрации загрязнения в максимально загрязненной струе Стах.к', эта величина определяется по формуле В. А. Фролова.
Стах.Й = Сср.й + (С ст & — Сср (14)
Входящая в выражение (14) величина £ равна
о. 19
где £ — расстояние от выпуска до рассматриваемого створа по течению (по фарватеру) реки (в м); а — коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения, определяемый по формуле
К
VT- ^
где / — коэффициент извилистости £ — коэффициент, зависящий от места выпуска; Е — коэффициент турбулентной диффузии; q— расход сточных вод (в м3/сек).
Коэффициент извилистости представляет собой отношение расстояния от выпуска до рассматриваемого створа по фарватеру L к расстоянию между теми же пунктами по прямой L„, т. е.
d7)
Коэффициент £ = 1, если сточные воды выпускаются у берега, и 5=1,5, если они выпускаются на середину реки.
Коэффициент турбулентной диффузии Е для равнинных рек определяется по формуле проф. М. В. Потапова.
bJ-^Z- (18)
200
где VCp —средняя скорость течения на участке смешения (в м/сек); Нср —средняя глубина реки на том же участке (в м).
Если расчетный створ находится на значительном расстоянии от выпуска и весь отрезок реки L состоит из участков с различными условиями смешения (различные глубины и скорости течения), то определить VCP и НСр на всем расчетном отрезке может оказаться затруднительным. Тогда расчетный отрезок реки следует разбить на участки с более или менее одинаковыми гидравлическими условиями, определив длину каждого участка Lu L2, L\ и т. д. и средние скорости течения и средние глубины на них Vb Н\\ V2, V3, Нз и т. д. В этом случае коэффициент турбулентной диффузии Е может быть определен по формуле:
£_ ¿1 VyHx Lx _ VtHt' Lt _ ...
L 200 L 200 L 200
L = + + ¿3+............(20)
Определив по уравнению (14) С™,. g , подставив его в уравнение (13), заменив в полученном выражении Сср. g по уравнению (12) и сделав необходимые преобразования, получим следующую формулу для коэффициента смешения
f=_Lzl_, (21)
14--С?
а
в котором р — определяется по уравнению (15) с учетом выражений (16) — (20).
Из приведенного видно, что для определения коэффициента смешения у необходимо выполнить не очень сложные, но состоящие все
же из ряда вспомогательных расчетов: по формуле (18) или (19) определяется коэффициент турбулентной диффузии Е; по формуле (16), в которую подставляется Е, определить коэффициент а, затем по формуле (15) — величину р, с учетом которой, наконец, по формуле (21) — коэффициент смешения у- Эти расчеты легче выполнить не математически, а графически при помощи номограмм. Мы приводим здесь такие номограммы, построенные кандидатом технических наук Г. Л. За-ком. По номограмме № 1 —коэффициент а и по номограмме № 2 сразу коэффициент смешения у- Принцип пользования номограммами будет ясен из решения примера. -■■•.«
Наконец, остановимся на решении Другой задачи — определении расстояния Ь до створа полного смешения. Такое расстояние определяется по формуле
=
Г2,3 + ? I3 м. [" ^ (22)
Как уже указывалось выше, для створа полного смешения у=Г Если у= 1 подставить в формулу (22), то знаменатель подлогарифмен-ной величины превращается в ноль, а расстояние Ь в бесконечность. Получается, что расстояние от выпуска до створа полного смешения должно равняться бесконечности. Поэтому для практических расчетов следует определять расстояние Ь до какого-нибудь створа достаточно полного смешения, для которого, например у=0,95, или 0,9, т. е. в котором сточная жидкость смешивается с 95 или 90% расхода реки. Мы считаем, что створам уже практически полного смешения является С1вор, в котором сточная жидкость смешивается с 80% расхода реки, т. е. для которого у=0,8.
Определение расстояний до створа 80% смешения может быть осуществлено по номограмме, приведенной на рис. 3.
Сделаем практический пример расчета.
В реку А береговым выпуском сбрасываются сточные воды нефтеперерабатывающего завода. Расход сточных вод q — 0,6 м3/сек, содержание нефти в воде ' фак = 150 мг/л. На заводе перерабатывается несернистая нефть. Расчетный расход в реке (расход 95% опеспеченности) <3 = 240 м3/сек; средняя скорость течения при расчетном расходе Уср—0,39 м/сек; средняя глубина при этом расходе Н ср =1,8 м; содержание нефти в речной воде выше сброса сточных вод Ср = 0,18 мг/л. Расчетный створ находится на расстоянии ¿=15 км по фарватеру от выпуска сточных вод; расстояние между теми же пунктами по прямой = 12,5 км. Требуется определить, с какой концентрацией нефти сточные воды могут быть сброшены в реку с тем, чтобы в расчетном пункте были выдержаны требования санитарных правил выпуска сточных вод в водоемы.
Поставленная задача решается по формуле (1). В ней известно Ср = 0,18 мг/л и С = 0,3 мг/л (предельно допустимая концентрация для несернистой нефти); неизвестной величиной является кратность разбавления сточной жидкости речной водой в расчетном створе п. Расчет выполняется по следующей схеме:
1) по формуле (18) определяется коэффициент турбулентной диффузии:
200 200
2) по формуле (16) определяется коэффициент (а), учитывающий гидравлические условия смешения. Так как выпуск сточных вод осуществляется у берега,
В формулу (16) входит и коэффициент извилистости (I), определяемый по уравнению (17):
= 1,2.
1„ 12,5
Теперь все известные величины подставим в формулу (16) , ЛУ~Ё~ =1 2 • 1 0 13/0ДЮ35 г/~
--/б|/ — 1,2 1'0 К-ТйГ =1.2 |/ 0,
С0584
0.0001-
Рис. I. Номограмма для определения коэффициента а, учитывающего влияние всех гидравлических условий смещения.
Для определения а необходимо высчитать У0,00584. Это можно сделать при помощи специальных таблиц или логарифмической линейки; можно также воспользоваться таблицами логарифмов. При помощи последних расчет сводится к следующему:
ЫУ 0,00584 = 1/3 0,00584; ^ 0,058 =3,766-
Логарифм с отрицательной характеристикой переводится в отрицательный логарифм —3+0,766=—2,234.
а
0,00584 = — (- 2,234)= -0,745. 3
Теперь нужно выполнить обратный расчет — из отрицательного логарифма получить логарифм с отрицательной характеристикой; д/.'я этого характеристика отрицательного логарифма увеличивается на единицу и к ней приписывается новая мантисса, представляющая собой разницу между единицей и мантиссой отрицательного логарифма. Характеристика отрицательного логарифма равна нулю, следовательно, отрицательная характеристика будет равна 1. Новая мантисса равна 1—0,745=0,255. Окончательно логарифм с отрицательной характеристикой будет равен 1,255. Этому логарифму соответствует число 0,18. Итак,
а _
V 0,00584 = 0,18 , а величина а = 1,2 • 0,18 — 0,216; 3) по формуле (15) определяем величину Э
IX 1 II
0 =
2 ?2 -УТ- 2 ^.шГШГ. 2,720-2'6'24'6
2,725,34 = 5,34. ^ 2,72 = 5,34 • 0,434 = 2 31.
Логарифму 2,31 соответствует число 204. Тогда
1»
й= -=0,0049;
к 204
•4) по формуле (21) определяется коэффициент смешения в расчетном створе у
1 —0,0049___1 — 0,0049 _ р.9951 _
1 ~~ 240 ~~ 1 + 400 ■ 0,0049 ~~ 1 + 1,96 _ ,34'
1 + — • 0,0049 0,6
5) по формуле (6) определяется кратность разбавления в расчетном створе п
<?+70 0,6 + 0,34-240 л = --= --——- = 137 раз;
Я 0.6
6) окончательно по формуле (1) определяем:
Сст = (я ~ ЩСпе - ср ) + Сп& = (137 ~ ^(О-3 - 0.18) + 0,3 = 16,6 мг/л.
Таким образом, для того чтобы в максимально загрязненной струе расчетного створа, расположенного в 15 км от выпуска, концентрация нефти не превышала требуемых нормами 0,3 мг/л, концентрация ее в сточной жидкости не должна превышать 1Ь,6 мг/л Следовательно, сточная жидкость должна быть очищена на Сфак—Сст = 150—16,6=133,4 мг/л.
Теперь выполним тот же расчет по номограммам:
1) величина коэффициента турбулентной диффузии £ определяется по простой •формуле (18), как и при обычном расчете. Величина £=0,0035;
2) по номограмме (рис. 1) определяем коэффициент а. Для этого на нижней горизонтальной линии откладываем величину £=0,0035 и из полученной точки восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с наклоненной справа налево линии, соответствующей расходу <?=0,6 м'/сек (пунктир совпадает с линией £=0,0035). Из точки пересечения проводим горизонтальную линию (горизонтальная пунктирная линия) до пересечения с наклоненной слева направо линией, соответствующей величине
«с
Рис. 2. Номограмма для определения коэффициента смешения у-
Рис. 3. Номограмма для определения расстояния от выпуска до створа 80% смешения.
.15=1.2. Такой линии на номограмме нет (если линии, соответствующие 1£=1,0 и 1£=1,5), поэтому точку, соответствующей ей, определяем на глаз. Из полученной точки восстанавливаем перпендикуляр до верхней горизонтальной линии, на -ю-торой и отсчитываем а=0,22, что практически совпадает с полученной расчетом е=0,216;
3) по номограмме (рис. 2) определяем величину у. Для этого на нижней горизонтальной линии откладываем точку, соответствующую ¿=15 км, и восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей величине а = 0,22. Из полученной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с кри-
Q 240
«ой, соответствующей отношению расходов —-— = q g =400. Из полученной
ки восстанавливаем перпендикуляр до верхней горизонтальной линии, на которой и отсчитываем у=0,34;
4) по полученной величине у определяется величина п В заключение определим расстояние до створа 80% смешения (у=0,8).
По формуле (22)
_Г213 тQ + 4 ]3 [ 2,3 0,8-240+ 0,6 Is
L-[ а ' ,g (1_7)9 J - [0.218 g (1-0,8)0,6
=(10,5 • lg 1610)» = (10,5 • 3,208)» = 38 500 м= 38,5 км.
Тот же расчет выполним по номограмме (рис. 3). На нижней горизонтальной линии откладываем точку, соответствующую расходу воды в реке Q = 240 м3/сек, из которой восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой линией, соответствующей расходу сточных вод q=0,6 м»/сек. Из полученной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей а =0.22. Иэ полученной точки восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с верхней горизонтальной линией, на которой и отсчитываем ¿=38 км.
ЛИТЕРАТУРА
Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. Методы очистки сточных вод. М., 1958.— Фролов В. А. В кн.: Производственные сточные воды. М., 1950, в. 2, стр. 134.— Родзиллер И. Д. К вопросу о расчете смешения сточных вод в реках. М., 1954.—
«ЬСаг Поступила 22/1 1958 г.
DETERMINATION OF THE DEGREE OF SEWAGE DILUTION WITH THE RIVER WATER
/. D. Rodzilter, candidate of technical sciences
The article presents a method for calculating the coeffxient of sewage dilution in rivers at any distance from the site of sewage discharge, depending on the rate of the latter, water discharge in the river, its current velocity, depth of flow and other hydraulic factors. Apart from formulas the article contains some nomograms which greatly facilitate the calculations.
Ъ -k -b
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ГИПОФИЗ—КОРА НАДПОЧЕЧНИКОВ КАК КРИТЕРИЙ ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ МАЛОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ
Е. И. Спыну
Из Киевского института гигиены труда и профессиональных заболеваний
В последние годы многочисленными исследованиями зарубежных и отечественных ученых показана значительная роль системы гипофиз— кора надпочечников в общих неспецифических реакциях организма при неблагоприятных воздействиях. Накоплен большой материал, позволяющий считать, что реакция со стороны системы гипофиз—
