CC BY
30
Зверева В.А., Горетая В .А., Юферова О.С.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ПРОЦЕСС РАЗБАВЛЕНИЯ СТОЧНЫХ ВОД В МЕЛКОМ МОРЕ
Практически все существующие бухты и заливы океанов и морей, как в нашей стране, так и за рубежом, на побережье которых располагаются города и поселки, являются приемниками различного рода загрязнений. Одновременно с этим, акватории прибрежных морей — это основное место отдыха жителей, заселяющих эти районы.
Характер воздействия хозяйственной деятельности промышленных предприятий и соответствующих ведомств на прибрежные акватории зависит от многих факторов. Наиболее существенными из них являются: объемы выпускаемой продукции предприятий, вид используемых предприятиями технологических процессов, наличие локальных очистных сооружений на предприятиях, наличие общегородской канализации в комплексе с очистными сооружениями, численность населения, степень благоустройства территории.
В настоящее время существует следующая классификация основных источников загрязнения прибрежных водоемов: поверхностный сток жилых кварталов; поверхностных сток промышленных зон; речной сток; хозяйственно - фекальный сток, стоки от промышленных предприятий.
Сброс загрязненных вод в акваторию осуществляется с помощью выпусков, заканчивающихся соответствующими оголовками. Выходя из оголовка сточная жидкость распространяется в виде расширяющейся под углом —13° струи.
Расширяющаяся струя сточной жидкости, вследствие разности скоростей в сечениях струи и окружающей жидкости моря, захватывая чистые объемы, осуществляет первый этап разбавления сточных вод, называемый струйным или начальным разбавлением. Струйный этап процесса разбавления заканчивается при равенстве скоростей струи и принимающей стоки жидкости. По окончании начального (струйного) разбавления следует второй этап, основного или, так называемого, диффузионного разбавления.
При выпуске сточных вод в мелкое море, а мелким принято считать водоем с глубиной менее 20 метров, возможен выход сточной жидкости на поверхность водоема с образованием пятна загрязнения с повышенными, по сравнению с фоновыми, концентрациями загрязнения в центре пятна. Сформировавшееся пятно загрязнения перемещается в направлении суммарного вектора скорости ветровых и остаточных течений. Наиболее неблагоприятной является ситуация перемещения пятна загрязнения в сторону берега, обусловленная сильными ветрами дующими с моря на сушу.
Основная задача специалиста запроектировать такой выпуск сточных вод в мелкое море, который бы обеспечивал минимальные концентрации загрязнений по окончании начального этапа разбавления.
Если из оголовка вытекает турбулентная струя, то степень начального разбавления можно определить по простой зависимости
«„=-§- = 0,405-^, (1)
Оо 4>
где Оо - расход сточных вод на выходе из оголовка выпуска; 0 - расход жидкости в струе на расстоянии "х" от начального сечения струи; с!0 - диаметр оголовка выпуска.
Исследования показали, что размеры пятна загрязнения на поверхности моря пропорциональны степени начального разбавления и связаны зависимостью
Ъс=\\1п}1<1,, (2)
где Ьс - ширина пятна загрязнения на поверхности моря.
Начальная концентрация загрязнений поля сточных вод на поверхности водоема по окончании струйного разбавления может быть определена по зависимости .
Сн = — — 1Д7С0 , (3)
"„ Ъс
где Со — концентрация загрязнений сбрасываемых стоков.
На интенсивность процесса начального разбавления влияет не только разность скоростей струи сточной жидкости и скорости принимающего водоема, но и такие факторы как глубина моря в районе выпуска Нм, диаметр оголовка выпуска с10, а также соотношение плотностей сточной р0 и морской воды рм.
Исследования, проведенные на кафедре гидравлики, водоснабжения и водоотведения ДВГТУ, показали, что в зависимости от сочетания величин Нм, с!0, \'о, ро, рм, возможны различные схемы растекания струи сточной жидкости в мелком море, а значит и различные концентрации загрязнений и размеры поля сточных вод на его поверхности.
В результате исследований было выделено четыре основных схемы растекания струй: 1) свободно растекающаяся струя в сносящем потоке; 2) свободная вертикальная струя без образования водоворотных зон (радиальная струя); 3) вертикальная струя с образованием водоворотных зон; 4) струя с образованием водоворотных зон, распространяющихся на всю глубину водоема.
Для определения схемы растекания струи был получен критерий
кАну-к) Ри (4)
4 ч, ро
где 1т о - высота оголовка выпуска над дном водоема; и о - средняя скорость сточной жидкости на выходе из оголовка; \>м — скорость моря в районе выпуска
Кроме того, получено критическое значение критерия Кк1)=0,6. Исследования показали, что при К< Ккр образуются водоворотные зоны, снижающие степень начального разбавления.
Известно, что плотность жидкости зависит от температуры, уменьшаясь с ее увеличением. Вслед за изменением температуры воздуха, связанного со сменой времени года, изменяется и плотность морской воды рм. Плотность морской воды, соо!ветствующую определенной температуре, можно посчитать по зависимости
р = - . (5)
1 + от, ■ А/
где рмо плотность морской воды, принятая за начальную, например, при 1;омо=20оС; а* — коэффициент температурного расширения морской воды (ОЦ зависит от солености морской воды); Д-^-По.
Используя зависимость (5), критерий "К1' можно представить в виде
ц, \ + а}А(
гд =
относительная глубина моря в районе выпуска.
¿/0
Исследования показывают, что чем меньше критерий "К", тем больше вероятность образования водоворотных зон, а значит меньше степень начального разбавления.
Зависимость (6) показывает, что повышение температуры морской воды, ведет к росту критерия "К", а значит, может избавить струю от образования водоворотов и привести к увеличению степени начального и полного разбавления сточных вод морскими.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зверева В.А. Гидравлический расчет выпусков сточных вод в мелкое море. Диссертация на соискание степени канд. техн. наук. - Владивосток. 1989.
