CC BY
9
золоотвалы. Золоотвалы являются вторичными источниками загрязнения атмосферного воздуха золой, взмучиваемой ветром, и поэтому их существование по санитарно-гигиеническим положениям нежелательно.
Система мокрого золоулавливания, как не обеспечивающая необходимых санитарно-гигиенических условий в районах расположения крупных электростанций, может применяться только на электростанциях сравнительно небольшой мощности (сжигающих не больше 200 т/час подмосковного угля), при расположении станций в малонаселенных местах, а также на реконструируемых старых станциях, где по условиям компановки оборудования невозможно размещение электрофильтров.
3. В целях обеспечения санитарно-гигиенических условий в населенных местах, расположенных в районах действия тепловых электростанций, значительной мощности, станции должны бйтъ, как правило, оборудованы системами сухого золоулавливания, состоящими из комбинирован--ных двуступенчатых золоуловителей: батарейных циклонов плюс вертикальные электрофильтры типа ДВП или дву-трехпольных горизонтальных электрофильтров типа ДТП, способных обеспечить очистку газов не менее чем на 95%.
ЛИТЕРАТУРА
А II д р е с р П. И. Рассеяние в воздухе газов, выбрасываемых промышленными предприятиями. М., 1952.— Труды конференции по вопросам золоулавливания, шлако-золоудаления и шлако-золоиспользования. Л., 1953. — Характеристики новых тепловых электростанций США. М.—Л.. 1955.
Поступила 11/VII 1956 г.
SANITARY AND TECHNIKAL EVALUATION OF SYSTEMS OF ASH-ABATEMENT USED AT THERMAL ELECTRIC STATIONS
V. N. Uzhov, engineer
At the present time in the USSR the thermal electric stations, running on solid fuel, are making use of two systems of ash-abatement: 1) dry ash-abatement (battery cyclons and electric filters; 2) moist ash-abatement (centrifugal scrubbers AUTI and moist ash-collectors MP-AUTI). The article gives a hygienic evaluation of the different systems of ash-abatement used at the electric stations. From the practice of construction and operating different installations, it has been possible to conclude that the dry system of ash-abatement is superior both in hygienic and economic respect.
& V
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД ПРИ САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ВОДОХРАНИЛИЩ
Кандидат биологических наук М. А. Руффель Из Института общей и коммунальной гигиены имени проф. А. Н. Сысина АМН СССР
В Советском Союзе создается ряд водохранилищ емкостью от сотен миллионов до сотен миллиардов кубических метров. Это ставит перед санитарными органами и гигиенической наукой новые и сложные задачи в деле санитарной охраны водохранилищ и в первую очередь от загрязнения их сточными водами.
■Хотя естественный процесс разбавления сточных вод в водохранилищах и не отличается от такового в незарегулированных водоемах, но различные условия перемещения и перемешивания воды в водохранилищах заставляют по-иному подходить к вопросам регулирования выпуска сточных вод, что связано в основном с необходимостью разработать методы расчета разбавления сточных вод в водохранилищах. Следует отметить, что до настоящего времени таких методов расчета не существовало. .
Отсутствие фактических материалов по распространению и перемешиванию сточных вод в водохранилищах побудило нас произвести широ-
2*
19
Ветер
кке исследования на водохранилищах и проточных озерах, имеющих сходные с водохранилищами гидравлические условия и являющихся по существу естественными водохранилищами.
Как известно и как было подтверждено нашими исследованиями, в условиях водохранилищ отсутствуют более или менее постоянные заметные течения, связанные с продольным уклоном водной поверхности водоема, обычно называемые стоковыми или сточными. Наиболее значительные течения в водохранилищах происходят от действия ветра. Лишь в хвостовой части водохранилищ можно наблюдать совместное действие сточных и ветровых течений, а иногда первые из них преобладают.
Ветровые течения возникают в результате трения ветра о поверхность воды и давления его на тыловую поверхность волн, возникающих при ветре. Поверхностные слои, приходя в движение, в свою очередь путем трения приводят в движение нижележащие слои воды. В связи с тем, что вода практически несжимаема и нерастяжима, ветровые течения, образующие сгон воды из одного места в другое, одновременно вызывают наклон водной поверхности и подток воды с глубины или соседнего участка водохранилища, создавая тем самым компенсационное или градиентное течение.
При длительном воздействии ветра, когда течение можно считать установившимся, при малом изменении глубин в сильно вытянутых в одном направлении водохранилищах создается идеальное распределение скоростей течения по глубине, показанное на рис. 1. В поверхностном слое глубиной до 0,4 м от глубины водохранилища наблюдается ветровое течение, имеющее одинаковое с ветром направление и скорости, изменяющиеся от максимальной Уо на поверхности до нуля. Ниже лежит слой компенсационного течения, имеющего обратное с ветром направление.
Используя выводы В. М. Маккавеева и рассматривая случай равномерного установившегося движения потока и установившегося поступления раствора в поток, А. В. Караушев получил дифференциальное уравнение диффузии струи. Поскольку объем вычислительных работ, необходимых для решения этого уравнения, делает его мало пригодным для практических задач, где необходимо получение массового материала при определении картины распространения загрязнения в потоке, А. В. Караушев для решения уравнения применил метод конечных разностей. Не имея возможности в рамках настоящей статьи остановиться на решении А. В. Караушева и отсылая интересующихся к его работе, отметим лишь, что он разбил всю область потока на рассматриваемом участке параллельными координатными плоскостями на малые параллелепипеды и определял среднюю концентрацию вещества в каждом из этих параллелепипедов или клеток. Исходя из распределения концентрации в некотором начальном сечении и выполняя весьма простой расчет от профиля к профилю водного потока, можно получить полную картину распределений в потоке. .
Несмотря на простоту подсчетов по методу А. В. Караушева, сами подсчеты для многочисленных сечений с большим количеством клеток
Спорости, течения V
Рис. 1. Эпюра скорости ветрового течения воды в водохранилище.
настолько трудоемки, что пользоваться ими для практических расчетов не представляется возможным. В то же время расчет по методу конечных разностей привлекает своей простотой и, по нашему мнению, надежностью получаемых результатов. Поэтому мы нашли возможным использовать этот метод путем производства расчетов для ряда случаев и построения по полученным результатам формул для расчета изменения максимальной концентрации загрязнения по движению потока,,
Метод А. В. Караушева был нами применен и к более сложным условиям течения в водохранилищах. Из приведенной эпюры скоростей течения (рис. 1) можно видеть, что при переходе от рек к водохранилищам для получения расчетных концентраций надо брать не только предыдущие по ходу поверхностного течения сечения, но и последующие. Поверхностные слои по мере своего продвижения встречаются с все новыми потоками воды; идущими в обратном направлении. Поэтому перемешивание в вертикальном направлении происходит не только с нижним и верхним слоем сечения, предшествующего сечению, в котором мы определяем концентрацию, но и двумя, расположенными впереди. В расчетах сечение было разделено по вертикали на три слоя, из которых верхний двигается в направлении ветра, а средний и нижний — в обратном направлении.
Разбавление сточных вод в водохранилище следует разделить на две части: начальное разбавление — пн и основное— п0 . Начальным мы назвали то разбавление, которое происходит непосредственно у выпуска сточных вод в водоем. В зависимости от количества выпускаемой воды, скорости течения и глубины водохранилища сточные воды, попадая в водохранилище, дают иную, чем в сточных водах, концентрацию загрязнения. Отношение концентрации вещества в сточных водах (за вычетом концентрации вещества в незагрязненном месте водохранилища) к концентрации вещества в начальной клетке-параллелепипеде (также за вычетом той же концентрации) и составляет начальное разбавление. Далее в связи с перемешиванием сточных вод в водохранилище происходит вторая, основная, часть разбавления. Полное разбавление составляет:
Начальное разбавление нами подсчитано, исходя из количеств поступающего и выходящего из начальной клетки вещества. В условиях стационарного режима эти количества должны быть равными. Произведя вычисления, мы получили:
где Кс — концентрация вещества в сточных водах (за вычетом концентрации вещества в незагрязненном месте водохранилища), Кн — средняя концентрация вещества в начальной клетке (также за вычетом той же концентрации), <7 — расход спускаемых сточных вод (в м3/сек), — средняя скорость течения для той трети глубины, в которую производится выпуск, Н — средняя глубина участка водохранилища, на котором происходит разбавление, г — отношение концентрации вещества в подходящем к выпуску поверхностном или глубинном течении (в зависимости от того, в каком слое происходит выпуск) к концентрации вещества в сточных водах.
Этот параметр на основании наших расчетов и фактических наблюдений на водохранилищах может быть с некоторым запасом принят: 0,1 при выпуске сточных вод в поверхностной трети глубины или в мелководной прибрежной части; 0,05 при выпуске сточных вод в нижней трети глубины. Для определения средней скорости течения г>с использована найденная нами при изучении ветровых течений на Клязьминском водо-
/г = пн- п0.
(1)
Кн 9 + 0,111 Нг-г-ис '
<740,111 Нг• ус
хранилище зависимость между скоростью течения и ветра. По данным метеорологических станций, для открытых мест средней и южной полосы Европейской части СССР может быть принята скорость ветра 4,5 м/сек в качестве средней за 6 летних месяцев. Учитывая указания ряда исследователей (Цимлянской и Рыбинской обсерваторий гидрометеорологической службы и др.), что после создания водохранилищ скорость ветра увеличивается примерно на 20%, мы приняли для расчета среднюю скорость ветра 5,5 м/сек.
Исходя из этих данных, имеем средние значения скоростей течения (при глубинах от 3 до 15 м): для верхней трети глубины 0,106, для средней трети глубины — 0,28, для нижней трети глубины — 0,078 м/сек. Знак минус ( — ) показывает, что здесь течение направлено в сторону, противоположную действию ветра.
Средняя скорость перемещения всего поверхностного слоя воды до глубины, где течение меняет направление на обратное и скорость равна нулю, составляет 0,09 м/сек и глубинного слоя — 0,06 м/сек. Последними скоростями следует пользоваться при расчетах разбавления воды в водохранилищах. Подставляя в уравнение (2) средние скорости течения воды для слоя, в которой происходит выпуск сточных вод, окончательно получаем два уравнения для определения начального разбавления: при выпуске в верхней трети глубины или в мелководной прибрежной части
д + 0,0118 Н*
"н= д + 0,00118 № ' (3)
при выпуске в нижней трети глубины:
д Ч-Г0.0087 Нг
q + 0,000435 Я2 ' (4)
При выпуске у берега средняя глубина участка водохранилища Н определяется в прибрежной полосе шириной 100 м при средней глубине водохранилища 3—4 м, 150 м при средней глубине водохранилища 5—6 м, 200 м при средней глубине водохранилища 7—8 м, 250 м при средней глубине водохранилища 9—10 м. При выпуске вдали от берега (глубинный выпуск) в формулу вводится средняя глубина на расстоянии L от берега до места выпуска.
При выпуске в верхней трети глубины или в прибрежной мелководной части величина начального разбавления колеблется в пределах от 1 до 10, а при выпуске в нижней трети глубины — от 1 до 20. Следует отметить, что разбавление, названное нами начальным, на самом деле нередко может наблюдаться не в клетке начального сечения, а в ближайших к нему сечениях. Это происходит у очень пологого берега, когда из-за малой глубины нет еще расчетных размеров клетки (имеющей поперечное сечение '/з Ях'/з Н) или когда количество сточных вод мало, чтобы сразу распространиться по всей клетке.
Как видно из структуры формулы для начального разбавления, последнее уменьшается с уменьшением скорости течения воды, т. е. с уменьшением скорости ветра. Поэтому если в данном месте средние скорости ветра за летний период меньше, чем мы приняли (5,5 м/сек), то следует ввести поправку в формулы (3 и 4). Для этого второй член в числителе н знаменателе умножаем на отношение Wс : 5,5, где — средняя скорость ветра за летний период. Нет основания опасаться, что в периоды, когда скорости ветра будут меньше принятых средних, фактическое разбавление будет меньше расчетного. В эти периоды будут преобладать сточные течения, имеющие хотя и небольшие скорости, но все же дающие начальное разбавление большее, чем при малых скоростях ветра.
В зимний период, когда водохранилище покрыто льдом и ветровые течения отсутствуют, расчет перемешивания производится, как на неза-регулированных реках с очень малыми скоростями течения.
о Получено по расчет// — По кривой
Переходя к расчету основного разбавления сточных вод в водохранилищах, рассматриваем вначале условия выпуска у берега. В этом случае в зависимости от направления ветра создаются различные условия загрязнения береговой полосы: а) наиболее тяжелые условия создаются при ветре, направленном вдоль берега или под небольшим углом к нему. В этом случае малоразбавленные сточные воды направляются вдоль берега, загрязняя последний на большом протяжении; б) при направлении ветра к берегу загрязнения распространяются в основном в глубинных слоях в направлении от берега к середине водохранилища. При этом массивное загрязнение у берега наблюдается лишь на небольшом протяжении; в) при направлении ветра от берега к месту выпуска сточных вод будут подходить более чистые глубинные слои воды, а уходить от него — поверхностные, более загрязненные. И в этом случае массивное загрязнение у берега будет наблюдаться на небольшом протяжении.
Мы произвели расчеты для условий наибольшего загрязнения, получаемого при ветре вдоль берега. Учитывая уменьшение глубины водохранилища к берегу, мы задались поперечным сечением с постепенно уменьшающимися к берегу глубинами. Рассчитав описанным методом концентрации загрязнения от сечения к сечению, мы получили распределение концентраций в первом приближении. Затем, исходя из концентраций первого приближения, мы рассчитали распределение концентраций во втором приближении, в третьем и т. д. В результате, в 50-м приближении мы получили распределение концентраций, почти не отличающееся от предыдущего приближения. Результаты этого приближения и взяты в качестве окончательных.
Подбирая выражение зависимости между максимальной концентрацией загрязнения в береговой полосе и количеством расчетных сечений от места выпуска, мы остановились на показательной кривой (рис. 2), уравнение которой выбрано после сравнения нескольких вариантов.
Эта кривая дает небольшое преувеличение концентраций загрязнения против расчетных (от 0,37 до 8,51%) на участке до 70-го сечения. Далее кривая точно следует по точкам, полученным из расчета. Некоторое преувеличение концентраций вблизи выпуска может играть лишь положительную роль, так как это увеличивает надежность расчетов и сглаживает неточности, которые дает начальное разбавление вблизи выпуска сточных вод. Кроме того, уравнение дает возможность экстраполировать результаты.
Соединяя уравнение для основного разбавления с ранее выведенным уравнением для начального разбавления, мы получим формулу полного разбавления:
I
9+0,111 Vс Н>
Сечения
Рис. 2. Относительная концентрация загрязнения в береговой полосе при выпуске сточных вод у берега.
9 + 0,111 Vс г Я4
1 +0,412
0,627+0,0002— Ах
(5)
В этом уравнении
=¡6,53 Н 1.167 для поверхностного течения, Ьх = 4,41 Н 1>167 для глубинного течения.
(7).
Мы произвели проверку результатов, получаемых по выведенной формуле, по фактическим материалам наблюдений у выпусков сточных
вод: Осташковского коже-
Сопоставление расчетных концентраций хлоридов с фактическими
Водоем
Озеро Селигер . . .
Ладожское озеро (к северо-западу от выпуска)
Ладожское озеро (к югу от выпуска) .
Рыбинское водохрани лнще . .
о х О) <и ? У :г £ \
ЯР*
§ 9 о 2
С >.
О С
С. я
Концентраци я х лоридов ( в ыг/л)
фактическая
по расчету
Ошибка (в процентах)
0,04
0,57
528
37,6
0,57
0,007
37,6
96,0
110 280 800
1 350 1 950 3 800 5 800
600 950
1 300
2 650
20
49,9 41,3 27,8
5,6 5,1 4,9 4,6
7,5 6,8 6,3 5,15
12,0
61,7 47,7 32,7
6,02 5,56 5,01 4,74
6,34 5,94 5,59 5,09
11,49
венного завода в озеро Селигер, целлюлозного завода, «Питкя-» ранты в Ладожское озеро и городской канализации Череповца в Рыбинское водохранилище. Результаты проверки сведены в таблицу.
Ошибки в общем не превышали 20%. Это показывает, что предложенная формула с успехом может применяться для расчетов разбавления сточных вод в водохранилищах и проточных озерах.
Для упрощения расчетов построена номограмма (рис. 3). По оси абсцисс отложены расстояния от места выпуска до мест водопользования, по оси ординат — основное разбавление сточных вод. По верхней оси абсцисс справа налево отложено полное разбавление сточных вод в водохранилище. Построен пучок кривых, соответствующих определенной средней глубине изучаемого участка водохранилища, и пучок прямых, соответствующих начальному разбавлению. Пользование номограммой очень просто и показано на рисунке.
Следующий пример иллюстрирует способ расчета и пользования номограммой.
Исходные данные: в водохранилище, имеющее среднюю глубину 7 м у пологого берега, выпускаются сточные воды в количестве 57 л/сек или 0,057 м3/сек. Нас интересует разбавление, которое будет у места водопользования в 6 км от места выпуска.
Для средней глубины водохранилища (в соответствии с данными на стр. 7) нам надо взять среднюю глубину в прибрежной полосе шириной 200 м. По данным измеренных глубин, С[ едняя глубина здесь 5,5 м. Определяем по формуле (3) начальное-'разбавление:
23,7
15.5
17.6
7.5 9 2,2 3
—15,6
— 12,7
— 11,4
— 1,2
-4.2
Примечание. Ошибка со знаком минус показывает преуменьшение расчетных данных протиз фактических.
0,057 + 0,0118 x 5,5' 0,057 + 0,00118 X 5,52
= 4,53.
Проводим вертикаль от расстояния 6 км до средней глубины 5,5 м. Далее проводим горизонтальную линию до пересечения с величиной начального разбавления 4,53. По верхней линии абсцисс читаем: полное разбавление 48.
Полное разбавление П*ПН*П0
700 М НО 170 160 НО МО 130 170 НО 100 90 Ю 70 60 50 40 30 20 10 и
I I ■ ; III!_1—I-11111111111-1_1_1_]- I N . И N
0 1 2 3 4 5 6 7 6 9 10 11 12 13 14 15 16 17 13 13 20
Расстояние от выпуска Ь км
Рис. 3. Номограмма для расчета разбавления сточных вод в водохранилище при выпуске у берега.
Аналогичным способом произведен расчет разбавления сточных вод в водохранилище при выпуске вдали от берега (глубинные выпуски). Наиболее тяжелые условия для береговой полосы в этом случае создаются при течении, направляющем загрязненные струи кратчайшим путем к берегу. При выпуске на глубине такое направленное к берегу течение создается при ветре от берега, когда загрязненные глубинные слои компенсационным течением направлены к берегу. Поверхностные слои при этом будут постепенно загрязняться от нижележащих, но они всегда будут менее загрязнены, чем глубинные. Глубинные выпуски как удаленные от берега лучше в санитарном отношении, чем береговые.
Расчеты, произведенные для четырех различных расстояний места выпуска от берега — в нулевом сечении (непосредственно у берега), 5-м, 10-м и 20-м дали результаты, показанные на рис. 4.
Рис. 4. Основное разбавление сточных вод в водохранилищах у берега при выпуске на различных от него расстояниях.
По этим расчетным данным выведено уравнение для расчета основного разбавления сточных вод, получаемого у берега. Вместе с вышеприведенным уравнением (4) для начального разбавления оно дает величину полного разбавления:
<7 + 0,0087//* Г , „г , / /. \0,41 4-|0,0064——'1 я= Д 0,000435//» [ 1-85 + 2-32 (^г) (8)
Для упрощения расчетов для данного случая также составлена номограмма (рис. 5), аналогичная номограмме для выпуска у берега.
о ЮО 200 300 400 500
Расстояния места выпуска от берега £ и
Рис. 5. Номограмма для расчета разбавления сточных вод в водохранилище при выпуске на расстоянии от берега.
Приводим пример расчета. В водохранилище на расстоянии 240 м от берега выпускаются сточные воды в количестве 57 л/сек, как и в предыдущем примере. Средняя глубина на расстоянии от берега до места выпуска составляет 5,5 м.
По формуле 4 (глубинный выпуск) имеем начальное разбавление.
0,057 + 0,0087 х 5,52 Пн = - = 4,54.
0,057 + 0,000435 х 5,5*
Проводим вертикаль от расстояния 240 м до средней глубины 5,5 м. Далее проводим горизонтальную линию до пересечения с величиной начального разбавления 4,54. По верхней линии абсцисс читаем: полное разбавление 37,5. Сравнивая эту величину разбавления с полученной ранее для выпуска в. береговой полосе, мы видим, что там разбавление в 48 раз было лишь на расстоянии в 6 км от выпуска. Это показывает санитарную эффективность глубинного выпуска.
ЛИТЕРАТУРА
К ар а ушев А. В. Тр. Гос. гидрол. ин-та. Л.. 1952, в. 35, стр. 38—62.—О н же. Турбулентная диффузия и метод смешения. Л., 1946.— Маккавеев В. М. Тр. Гос. гидрол. ин-та, Л., 1951, в. 28, стр. 3—34. — РуффельМ. А. Аннот. научн. раб. АМН СССР за 1954 г. М., 1955, стр. 485—486. — Он же. Водоснабж. и сан. техн., 1957, № 7, стр. 13—19.
Поступила 21/1 1957 г.
DETERMINATION OF THE DILUTION RATE OF SEWAGE FOR SANITARY CONTROL OF WATEF RESERVOIRS
i M. A. Ruf[el, candidate of biological sciences
The mixing of water in an artificial water reservoir is achieved under quite different conditions than in a natural stream.
The author has worked out a method of calculation of the dilution of effluents in a reservoir for instances when the sewage is discharged at the shore or at a distance from the shore (at a definite depth). As the results obtained by the use of these formulas were close to the actual dilution rates determined analytically, the proposed method may be successfully used for calculations.
•¿г -ft &
НЕКОТОРЫЕ ДАННЫЕ О ГИГИЕНИЧЕСКОМ ЗНАЧЕНИИ НИТРАТОВ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Доцент Ф. Н. Субботин Из Военно-медицинской ордена Ленина академии имени С. М. Кирова
Нитраты, как известно, считаются показателем давно минувшего загрязнения воды и продуктом минерализации азотсодержащих органических веществ. В связи с этим им не придавалось большого значения при санитарном исследовании питьевой воды.
По нормам Ф. Ф. Эрисмана, в грунтовой доброкачественной питьевой воде содержание нитратов допускалось в количестве 40 мг/л, а в ныне действующих санитарных нормах на качество питьевой воды нитраты не нормируются совсем. В последние годы появились данные, которые заставляют рассматривать соли азотной кислоты в совершенно новом свете. В литературном обзоре Г. Уолтона (G. Walton, 1951) отмечено, что в США начиная с 1945 г., по опросным данным Ассоциации здравоохранения, среди детей отмечено 278 случаев метгемоглобинемии с 39 смертельными исходами, причиной которых было высокое содержание в питьевой воде нитратов. Р. Джонстон (R. Johnston, 1955) утверждает, что случаи метгемоглобинемии в результате употребления воды, содержащей нитраты, зарегистрированы не только в Америке, но и в Канаде, Бельгии и Англии. Ф. Виметал (F. Vymetal, 1952) установил большое количество нитратов в питьевой воде Южно-Моравской низменности, ставших причиной цианоза у грудных детей, часто с летальным исходом.
Необходимо напомнить, что метгемоглобин является постоянной составной частью крови. По мнению Н. Н. Савицкого, он выполняет защитные функции по обезвреживанию эндогенно возникающих в организме синильной кислоты, сероводорода и некоторых других ядовитых веществ. При этом метгемоглобин все время образуется и разрушается (восстанавливается). Содержание его в крови обычно находится на очень низком уровне. Г. Фауне (Н. Fawns, 1954) приводит данные Бо-данского (1952), который в крови здоровых людей спектрофотометром определял метгемоглобин в количестве 0,4% общего гемоглобина, а га-
