ООО "КОМПЕНС"
Напишите нам: zakaz@kompens.ru
Звоните: +7(499) 938-56-00

Определение допустимых концентраций загрязняющих веществ в воде перед очистными сооружениями

В качестве показателей степени загрязненности водных объектов в нормативной и технической литературе помимо концентраций i-го ингредиента предлагаются такие ин­тегральные показатели, как:

  • массовая нагрузка по химическим веществам на водную среду;
  • показатель химического загрязнения (ПХЗ);
  • индекс загрязнения воды (ИЗВ);
  • кратность превышения ПДК лимитируемых нормативными документами веществ;
  • показатели общесанитарного состояния водоемов (бихроматная или перманганатная окисляемость, растворенный кислород и т.п.);
  • показатели микробиологического загрязнения (общее микробное число (ОМЧ), содержание лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП) и других показателей бактериального загрязнения;
  • относительная продолжительность периода загрязнения водного объекта;
  • относительный объем загрязненного стока.

Оценка массовой нагрузки на водную среду

Оценка массовой нагрузки на водную среду по химическим веществам, поступаю­щим со сточными водами, проводится с учетом количества сточных вод, отнесенного к величине стока с территории (например, административного района, области, респуб­лики), выраженного в процентах.

Для оценки степени загрязнения питьевой воды, объектов хозяйственно-питьевого и рекреационного водопользования используется кратность превышения ПДК соответ­ствующих приоритетных по опасности вредных химических веществ по данным за пе­риод продолжительностью не менее одного года.

Комплексный показатель для оценки качества водного объекта - индекс загрязне­ния воды (ИЗВ), характеризующий общесанитарное состояние воды водоема (его кис­лородный режим и баланс биогенных веществ) и наличие вредных химических ве­ществ, рассчитывается по выборке лимитируемых показателей: для поверхностных вод - не менее шести, для морских вод - не менее четырех.

Сложной задачей, возникающей при оценке загрязнений в воде, поступающей в «голову» очистных сооружений, является определение верхних пределов концентраций лимитируемых ингредиентов, на которые должны быть ориентированы потенциальные возможности очистных сооружений, включаемых в технологическую схему станции. Над лимитируемыми ингредиентами ведется постоянный или периодический контроль в створе водозабора. Учитывая в ряде случаев трех-пяти и большую кратность превышения максимальных концентраций отдельных ингредиентов исходной воды над средними их зна­чениями за наблюдаемый период, нетрудно убедиться в роли и влиянии значений Cimaxна будущие капитальные и эксплуатационные затраты проектируемых ВОС.

Для выбора и обоснования технологии водоподготовки необходимо установить четкие границы поля концентраций ингредиентов исходной воды. Нижней границей этого поля является установленный нормативными документами лимит на содержание вещества в обработанной воде. Для питьевой воды - это норма СанПиН 2.1.4.1074-01. Нахождение верхней границы поля концентраций является более сложной и неопреде­ленной задачей, связанной с риском возможного превышения граничных значений ин­гредиента после ВОС в период их эксплуатации.

Методология определения верхних расчетных концентра­ций лимитируемых ингредиентов качества воды

Предложенная авторами методология определения верхних расчетных концентра­ций лимитируемых ингредиентов качества воды, поступающей на очистку, базируется на сопоставлении достаточной санитарно-гигиенической надежности работы очистных сооружений на весь расчетный период их эксплуатации с затратами на строительство и годовые эксплуатационные расходы станции.

По результатам наблюдений гидрохимических и бактериологических лабораторий предприятий водопроводно-канализационного хозяйства за качеством исходной воды водоисточников в районе водозаборов не менее 5 лет создается и обрабатывается база данных, используемая для проведения численного моделирования изменчивости каче­ства воды в водоисточнике.

Для проведения статистического анализа разрабатывается пакет программ, напри­мер, в среде программирования DELPI 7.0. Составляется выборка с использованием данных наблюдений за режимом уровней рассматриваемых водоисточников. Все ран­жированные ряды и выборки по показателям среднеквадратичных отклонений оценива­ются по удовлетворительной для статистической обработки репрезентативностью.

При незначительных превышениях максимальных значений концентраций (Cimax) i-го ингредиента в воде над его средним за период наблюдений значением (Cicp), техно­логическую схему очистки, как правило, назначают по Cimax.

Роль расчетных концентраций загрязняющих ингредиентов возрастает с ростом превышения Ci max/ Cicp.

Это особенно сказывается, когда предельно допустимые значения концентраций ингредиента в воде, поступающей на очистные сооружения, имеют узкий диапазон. На­пример, мутность перед отстойниками в двухступенной реагентной схеме допускается до 2500 мг/л, цветность - до 250 град платиново-кобальтовой шкалы. В то же время при обосновании технологии с микрофильтрами и контактными осветлителями эта величи­на снижается до 150 мг/л и 120 град, а при безреагентной очистке воды на классических медленных фильтрах - до 30 мг/л и 50 град соответственно.

При условии, когда Ci max>>Ci cpназначение технологической схемы очистки воды по значениям Ci max приведет к многократному увеличению затрат на ее строительство и эксплуатацию, а в ряде случаев - и к нехватке средств на реализацию проекта вооб­ще. Поэтому задача заключается в том, чтобы обосновать как можно меньшее превыше­ние расчетных концентраций ΔСг над Cicpили ПДК, т.е. ΔCi -►min:

Ср  Сiср + ΔС, « Cj max.                                               

Для каждой принятой технологии существуют допустимые значения концентраций (ПДКос) ингредиентов, выше которых станция не может обеспечить требуемую степень очистки воды по z'-му ингредиенту или по нескольким из них.

Поиск расчетных значений концентраций удаляемых ингредиентов предлагается производить следующим образом. Назначив и обосновав технологическую схему очист­ных сооружений по Ci cp для удаляемых из воды ингредиентов, производят расчет про­гнозной эффективности выбранной технологии по каждому из лимитируемых ингреди­ентов. Математическая модель такого прогноза может быть представлена в виде

С1(к)=f(C1cp12,...,рn ):

С2(к)=f(C2cp12,...,рn ):

.....................................                                                 

Cn(K) = f (Сncc ,p1,p2,...,pn):

где Сi(k)ф и Ci,cp- концентрации Сi ингредиента после и до очистных сооружений; р1,р2, рn —основные технологические параметры работы сооружений, входящих в общую технологическую схему станции и определяющих эффективность ее работы в целом. Если при этом Ci(K)< [Сцк)]> то производят перерасчет по зависимостям вида 

Ci(K)=f((CПДКос+ΔС),p1,p2,....,pn)

для каждого ингредиента.

Если концентрации ингредиентов, рассчитанных по зависимости, оказывают­ся в течение длительного периода больше Ci(K), технологию очистки пересматривают или дополняют отдельными процессами и сооружениями, усиливая ее санитарно-гиги­еническую надежность таким образом, чтобы она обеспечила выполнение условий Ci(K) <[Ci,(K)] требуемых СанПиН 2.1.4.1074-01.

Если же периоды и абсолютные значения превышений Ci(K) > [ Ci,(K)] незначительны , тогда производится оценка взаимосвязи значений предложенного инте­грального индекса качества воды (ИКВ) по лимитируемым ингредиентам с величинами риска для здоровья человека от превышения концентраций каждого из ингредиен­тов, установленных для очищенной (питьевой) воды над ПДКпв.

Индекс качества воды водоисточника (ИКВ) представляет собой комбинацию крат­ности превышения Ci max исследуемого ингредиента или группой их над предельно до­пустимой концентрацией этого вещества в питьевой воде ПДК и относительной про­должительности периода этого превышения:

ИКВ=τi(Cimax/ПДКnвi)

где Cimax- пиковая концентрация, мг/л; i - порядковый номер n-го ингредиента.

Относительная продолжительность периода загрязнения воды i-ым ингредиентом определяется по формуле

τ = (Т1 + Т23 + ... n)/Т0,                                                

где Т0 - общее количество суток наблюдения; Т1, Т2, Т3 - количество суток за наблюда­емый период, когда значение показателя n-го ингредиента превышает ПДК; С1mах, С2mах - пиковые значения (концентрации) по i-му ингредиенту.

Таким образом, алгоритм предложенной авторами методологии оценки качества исходной воды при обосновании и выборе водоочистных технологий включает в себя ряд последовательно выполняемых операций:

  • изучаются и идентифицируются приоритетные (лимитируемые) и характерные для исследуемого водозабора ингредиенты химических и бактериологических загрязнений;
  • определяются возможные негативные воздействия изученных химических соединений и биологических загрязнений на качество очищаемой воды и производится оценка достоверности статистической информации о показателях, влияющих на эффективность технологии водоподготовки;
  • устанавливаются индексы опасности лимитируемых ингредиентов, превышение которых может потребовать проведения дополнительных мероприятий по повышению санитарной надежности водоочистной станции
  • проводится статистическая обработка гидрохимической и гидробиологической информации и устанавливаются статистические параметры ранжированных рядов лимитируемых ингредиентов;
  • определяется относительная продолжительность периода превышения концентраций Xингредиентом над принятым нормативом ПДКос для проектируемой технологической схемы водоподготовки за весь период наблюдений;
  • определяются значения ИКВ и устанавливаются зависимости «MKB-Risk»для каждого из лимитируемых показателей;
  • производится сравнительная оценка ПДКос и потенциальной эффективности каждого из водоочистных сооружений и станции в целом, и на ее основе формируется основная технологическая схема ВОС с набором мероприятий для экстраординарных условий в процессе эксплуатации станции;
  • когда ПДКRisk>ПДКoc - проверяется достаточность санитарно-барьерной функции ВОС с использованием банка эксплуатационных данных и математических зависимостей для определения эффективности работы каждого из последовательно работающих очистных сооружений в единой технологической цепи.

Границы концентраций лимитирующих ингредиентов и продолжительности превышения концентраций над ПДКос очистных сооружений

1 - ПДК в питьевой воде; 2, 3 - соответственно границы минимальных и максимальных концентраций извлекаемых ингредиентов; 4-6 - ПДКос в воде, поступающей на очистные сооружения (варианты); 7 - кратковременные превышения концентраций i-го ингредиента над ПДК в очищенной воде по ВОС.

Река Вологда

 

Цветность

Мутность

Железо

pH

Хлориды

Аммоний

солевой

ОМЧ

Окисляе-

мость

 Хср

59,594

2,768

0,730

7,869

10,861

0,584

95,914

10,726

Хмах

210,000

10,700

2,000

8,800

26,000

2,000

300,000

25,600

Cv

0,476

0,708

0,411

0,044

0,495

0,325

0,682

0,436

Cs

0,305

1,124

0,205

-0,031

0,191

0,232

0,452

0,176

D

804,201

3,833

0,090

0,121

28,829

0,036

4221,511

21,835

δ

28,358

1,958

0,299

0,348

5,369

0,190

64,973

4,673

ε

1,052

1,630

1,974

0,108

1,562

0,768

7,574

1,304

Озеро Кубенское

 

Цветность

Мутность

Железо

pH

Хлориды

Аммоний

солевой

ОМЧ

Окисляе-

мость

  Хср

73,168

5,305

0,895

7,774

6,669

0,701

79,043

15,873

 Хмах

235,000

19,000

1,750

8,350

18,000

1,800

300,000

25,600

Cv

0,431

0,759

0,400

0,042

0,566

0,408

1,218

0,244

Cs

0,469

0,843

0,061

-0,013

0,407

0,213

1,858

0,016

D

990,391

16,126

0,125

0,103

14,100

0,081

8872,476

14,813

δ

31,470

4,016

0,354

0,322

3,755

0,285

94,194

3,849

ε

2,968

5,262

6,251

0,327

5,575

3,175

25,407

2,312

Xcp

50,132

4,670

0,805

7,855

15,830

0,794

Нет

данных

7,526

Xмах

180,000

18,000

2,300

8,850

39,800

2,570

22,080

Cv

0,646

0,702

0,439

0,075

0,530

0,436

0,586

Cs

0,665

1,270

0,384

-0,155

0,319

0,554

0,399

D

1044,154

10,720

0,123

0,346

70,119

0,119

19,383

δ

32,313

3,274

0,351

0,588

8,374

0,345

4,403

ε

3,501

3,938

5,212

0,430

3,178

2,425

3,738

Условные обозначения: Хср - среднее значение величины; Хмах - максимальное зна­чение величины; Cv- коэффициент вариации; Cs- коэффициент корреляции; D- дисперсия; δ - среднеквадратичное отклонение; ε - среднеквадратичная погрешность серии наблюдений в %. Период наблюдений - 10 лет.
 

Полученные в процессе анализа статистические характеристики и закономерности изменчивости концентраций железа, перманганатной окисляемости и цветности воды свидетельствуют, что при недостатке данных наблюдений («короткие ряды») их можно восполнять, используя способы, аналогичные применяемым при определении расчет­ных гидрологических характеристик.

Как видно из рисунка и таблицы, соотношение Cimax/Cicp по цветности для р. Во­логда может достигать 2,5-3,5, по мутности - 5, железу общему - до 2,3, окисляемости - до 2,5, ОМЧ - до 3. Еще большие превышения Ci max над Ci cp наблюдаются в оз. Кубенское.

С целью поиска зависимостей между ИКВ и значениями рисков здоровью челове­ка от кратковременного использования некондиционной воды, посту­пающей к потребителям с очистных сооружений, по показателям «цветность», «мут­ность», «железо общее», «окисляемость» проводились численные эксперименты с ря­дами продолжительностью наблюдений 10 лет.

Изучение динамики изменения ИКВ в зависимости от риска позволяет определять ее только необходимую продолжительность ряда наблюдений за показателями качества воды водоисточника, но главное - устанавливать допустимое снижение от Cimax до ПДКос + ΔСi с учетом расчетных значений Сi(k) в периоды Т1, Т2,..., Тn.

Таким образом, по найденным из зависимостей  значениям Сi(k) < [Ci(k)] и Сi(k)<Risk на выходе из очистных сооружений устанавливают границу ПДК для каждого и (или) группы ингредиентов в исходной воде и допустимые значения на кото­рые можно уменьшить зафиксированные за весь период наблюдений максимальные зна­чения концентраций i-го ингредиента.

За расчетные концентрации ингредиентов в исходной воде следует принимать та­кие, при которых даже при кратковременных перегрузках по концентрациям этих ингре­диентов над ПДКос будет обеспечено выполнение условий:

Ciрасч=ПДКосΔС1

Сi(k)<ПДКnв 

или:

Ciрасч = ПДКос + ΔС2

Сi(k)>ПДК при ИКВ<Risk

Изменчивость значений цветности воды р.Вологда за разные периоды наблюдений: 

а) за 1 год; б) за 10 лет.

Вернуться к списку

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ

Искрогаситель ИГС-55
Искрогаситель ИГС-115
Искрогаситель ИГС-45 
Искрогаситель ИГС-120
Искрогаситель ИГС-65
Искрогаситель ИГС-130
Искрогаситель ИГС-80
Искрогасители на дымоход
Сильфонный компенсатор ГОСТ
Уровнемеры для резервуаров
Уровнемеры для емкостей
Подбор сильфонных компенсаторов
Установка сильфонных компенсаторов
Предварительная растяжка сильфонных компенсаторов
Производство сильфонных компенсаторов