+7 (495) 552-42-65, +7 (910) 443-01-17
Обратная связь

Методические материалы

Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными водами

МЕТОДИКА РАСЧЕТА
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ
(ПДС) ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ
СО СТОЧНЫМИ ВОДАМИ

РАЗРАБОТАНО
Всесоюзным научно-исследовательским
институтом по охране вод
бывшего Государственного комитета СССР
по охране природы

УТВЕРЖДЕНО
бывшим Государственным комитетом
СССР по охране природы 31.10.90 г.

 

ВВЕДЕНИЕ

С введением в действие «Методики расчета предельно допусти­мых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными вода­ми» утрачивают силу «Методические рекомендации по установле­нию предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих: со сточными водами» (Минводхоз СССР, 1982).

Настоящая Методика предназначена для расчета предельно до­пустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих со сточными вода­ми в водные объекты - водотоки, водохранилища, озера, прибреж­ные зоны морей. Методика предназначена для использования орга­нами Госкомприроды СССР, предприятиями-водопользователями, а также организациями, выполняющими расчеты ПДС по заказам пред­приятий или органов системы Госкомприроды СССР.

Величины ПДС, ограничивающие выбросы (сбросы) вредных веществ в окружающую природную среду устанавливаются в соот­ветствии с постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 1.12.78 г. № 984 «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучше­нию использования природных ресурсов». Указанные величины яв­ляются основой разработки планов мероприятий для поэтапного достижения ПДС.

Большое количество различных подходов к расчету ПДС, исполь­зуемых на практике, не позволяет гарантировать достижение норм качества воды даже для небольших участков водного объекта, поскольку расчеты ПДС для предприятий, сбрасывающих сточные воды в эти объекты, ведутся изолированно различными ведомства­ми. Поэтому актуальной является разработка универсальной мето­дики расчета ПДС, гарантирующей достижение норм качества воды в водном объекте на основе взаимоувязанного развития водоохранного комплекса для предприятий различных ведомств при минималь­ных суммарных затратах.

Настоящая Методика разработана на базе опыта ВНИИВО по расчету ПДС для нескольких тысяч предприятий, сбрасывающих сточные воды в различные водные объекты страны. При подготовке Методики изучен также отечественный и зарубежный опыт исполь­зования инженерных методов расчета качества воды, а также опыт использования новых моделей формирования качества вода и опти­мизации водоохранного комплекса, разработанных во ВНИИВО и других организациях.

Анализ имеющегося опыта по установлению и пересмотру ПДС показал необходимость существенного улучшения методической основы этой работы. Важным элементом здесь явилось создание детальной методики расчета ПДС для совокупности сбросов, объе­диненных единой гидрографической сетью бассейна реки, либо еди­ным водохранилищем (озером), прибрежной зоной моря. Учитывая различные организационные ситуации, настоящая Методика предус­матривает возможность расчета как для изолированных сбросов, где это возможно, так и для совокупности сбросов с учетом их взаимно­го влияния и оптимального распределения ассимилирующей способ­ности водных объектов между водопользователями. При этом Мето­дика может быть использована для трех основных типов водных объектов - водотоков (рек, каналов), водохранилищ и озер, прибреж­ных зон морей.

Опыт показал, что при расчете и установления ПДС, разработке планов по их достижению существенным является согласованность установленных ПДС с условиями сброса сточных вод на городские (централизованные) очистные сооружения. Учитывая это, в настоя­щую Методику введен соответствующий раздел.

Очевидно, что для рассчитанных значений ПДС необходимо определить совокупность мероприятий, обеспечивающих их дости­жение. Поэтому существенное внимание в Методике уделяется спо­собам расчета и информационной базе по технико-экономическим характеристикам водоохранных мероприятий и использованию этой базы для расчета оптимальных значений ПДС, достижение которых требует минимума затрат.

Сложность рассматриваемой системы, представляющей собой совокупность предприятий и водоохранных комплексов, связанных единством водного объекта, сложность процессов формирования качества вод определяют и сложность расчетных схем и алгоритмов, требующих применения достаточно мощных ЭВМ. Вместе с тем, учитывая различные возможности исполнителей расчетов, настоя­щая Методика может быть использована как для исполнителей, ос­нащенных ЭКВМ, так и для исполнителей, имеющих доступ к пер­сональным компьютерам и «большим» ЭВМ. В последнем случае исполнитель может применить специализированные пакеты приклад­ных программ ОКВОПЛАН, разработанные во ВНИИВО, либо дол­жен самостоятельно создать соответствующие программные комп­лексы.

При расчете, установлении и утверждении значений ПДС исполь­зуются разнообразные нормативные документы, образующие пра­вовую основу ПДС. С целью достижения необходимого обоснова­ния ПДС такая правовая основа сформулирована в разд.1 настоящей Методики. Естественно, ориентация на существующие нормативные акты и нормативы определила и общий принцип установления ПДС - величина ПДС должна гарантировать достижение установленных норм качества воды (санитарных и рыбохозяйственных) в водном объекте. В перспективе с введением экологических норм, изменится и норма­тивная основа, однако принцип установления останется прежний.

В связи со сложностью расчетов ПДС в приложениях 2 и 3 к Методике приведены примеры расчета, показывающие доступность предлагаемых методов в достаточно сложных случаях.

Замечания и предложения направлять по адресу: 310888, Харь­ков, ул.Бакулина, 6. ВНИИВО.

I. ПРАВОВАЯ И ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ОСНОВА РАСЧЕТА,УСТАНОВЛЕНИЯ И ПЕРЕСМОТРА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ (ПДС) ВЕЩЕСТВ

1.1. Правовые основы установления, достижения и контроля ве­личин предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступаю­щих со сточными водами в водные объекты, регламентируются сле­дующими документами:

  • Основами водного законодательства СССР и союзных респуб­лик;
  • Постановлением Совета Министров СССР от 1 декабря 1978 г. № 984 «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов»;
  • Постановлением Совета Министров СССР от 7 января 1968 г. № 32 «О коренной перестройке дела охраны природы в стране»;
  • ГОСТ 17.1.1,01-77 «Охрана природы. Гидросфера. Использова­ние и охрана вод. Основные термины и определения»;
  • Правилами охраны поверхностных вод, Москва, 1990;
  • Правилами охраны от загрязнения прибрежных вод морей, Москва, 1984;
  • Дополнительными перечнями № 1-9 предельно допустимых концентраций веществ для воды рыбохозяйственных водных объек­тов, утвержденными Главрыбводом СССР, № 30-11-11,1983 -1989 гг.;
  • Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения, утвержденными Минздравом СССР 4 июля 1988 г., № 4630-88 (приложение 2);
  • Типовым положением о бассейновой проектной организации Минводхоза СССР, утвержденным Минводхозом СССР 20 декабря 1986 г., №462;
  • Инструкцией по нормированию выбросов (сбросов) загрязня­ющих веществ в атмосферу и водные объекты, утвержденной Госкомприродой СССР 11 сентября 1989 г. № 09-2-8/1573.

По мере утверждения новых законодательных, инструктивных и методических документов, дополняющих или заменяющих выше­указанное, необходимо руководствоваться новыми документами.

1.2. В соответствии с ГОСТ 17.1.1.01-77 под предельно допусти­мым сбросом (ПДС) вещества в водный объект понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в едини­цу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

Нормы качества воды в водных объектах достигаются путем ре­ализации комплекса водоохранных мероприятий. Величины ПДС используются для контроля за соблюдением установленных режи­мов сброса сточных вод в водные объекты, а также служат основны­ми целевыми показателями для разработки планов и программ раз­вития водоохранных комплексов.

Если нормы качества воды в водных объектах не могут быть до­стигнуты из-за воздействия природных факторов, не поддающихся регулированию (поступление примесей из атмосферы, в результате склонового или талого стока и подземного питания реки и т.п.), то величины ПДС должны устанавливаться исходя из условий со­блюдения в контрольном пункте сформировавшегося природного фонового качества воды.

1.3. Нормирование качества воды состоит в установлении сово­купности допустимых значений показателей состава и свойств воды водных объектов, в пределах которых надежно обеспечивается здо­ровье населения, благоприятные условия водопользования и эколо­гическое благополучие водного объекта. Нормы качества поверхностных вод устанавливаются для условий хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного водопользования.

К хозяйственно-питьевому водопользованию относится исполь­зование водных объектов или их участков в качестве источника хозяй­ственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения пред­приятий пищевой промышленности.

К коммунально-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, спорта и отдыха насе­ления, а также иное использование водных объектов, находящихся в черте населенных пунктов.

Рыбохозяйственные водотоки, водоемы или их отдельные учас­тки, используемые для воспроизводства, промысла и миграции рыб, беспозвоночных и водных млекопитающих, подразделяются на три категории.

К высшей категории относятся места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и дру­гих промысловых водных организмов, а также охранные зоны хо­зяйств любого типа для искусственного разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений.

К первой категории относятся водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода.

Ко второй категории относятся водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.

1.4.  Виды использования водного объекта в пределах области (края), союзной и автономной республики определяются органами Госкомприроды совместно с органами Минздрава и утверждаются областными (краевыми) исполнительными комитетами Советов на­родных депутатов или Советами министров союзных или автоном­ных республик.

На пограничных водных объектах между территориально-адми­нистративными единицами вид водопользования устанавливается совместным решением соответствующих органов.

1.5. Нормы качества поверхностных вод содержатся в [3] и вклю­чают:

  • общие требования к составу и свойствам поверхностных вод для различных видов водопользования;
  • перечень ПДК вредных веществ в воде водных объектов хозяй­ственно-питьевого и коммунально-бытового водопользования;
  • перечень ПДК вредных веществ для водных объектов, исполь­зуемых в рыбохозяйственных целях.

1.6.  При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых целей, нормы качества поверхностных вод или их природный состав и свой­ства должны выдерживаться на водотоках, начиная со створа, расположенного на 1 км выше ближайшего по течению пункта водо­пользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.п. вплоть до самого места водопользования), а на водо­емах - на акватории в радиусе 1 км от пункта водопользования.

В водохранилищах и в нижнем бьефе плотины гидроэлектростан­ции, работающей в резко переменном режиме, необходимо учиты­вать возможность воздействия на пункты водопользования обратно­го течения при резкой смене режима работы электростанции или прекращении ее работы.

1.7.  При сбросе сточных вод или других видах хозяйственной деятельности, влияющих на состояние рыбохозяйственных водото­ков и водоемов, нормы качества поверхностных вод или их природ­ные состав и свойства (в случае природного превышения этих норм) должны соблюдаться на протяжении всего участка водопользования, начиная с контрольного створа, определяемого в каждом конкрет­ном случае органами Госкомприроды, но не далее чем 500 м от мес­та сброса сточных вод или расположения других источников загряз­нения поверхностных вод (мест добычи полезных ископаемых, про­изводства работ на водном объекте и т.п.).

1.8. Водный объект или его участок считается загрязненным, если в местах водопользования не соблюдаются нормы качества по­верхностных вод. В случае одновременного использования водного объекта или его участка для различных нужд населения и народного хозяйства для состава и свойств поверхностных вод принимаются наиболее жесткие нормы из числа установленных.

1.9.  Для всех нормированных веществ при рыбохозяйственном водопользовании и для веществ, относящихся к 1-му и 2-му классам опасности при хозяйственно-питьевом и коммунально-бытовом во­допользовании, ПДС устанавливаются так, чтобы для веществ с оди­наковым лимитирующим признаком вредности (ЛПВ), содержащихся в воде водного объекта, сумма отношений концентраций каждого вещества к соответствующим ПДК не превышала 1.

При отсутствии установленных ПДК по какому-либо веществу следует при установлении ПДС руководствоваться требованиями [3] (п.3.2).

1.10. Для сбросов сточных вод в черте населенного пункта в соответствии с [3] (п.3.12) ПДС устанавливаются, исходя из отнесения нормативных требований к составу и свойствам воды вод­ных объектов к самим сточным водам.[1] При этом следует руководствоваться тем, что использование водных объектов в черте населенных мест относится к категории коммунально-бытового во­допользования.

1.11.  Если фоновая загрязненность водного объекта по каким-либо показателям не позволяет обеспечить нормативное качество во­ды в контрольном пункте, то ПДС по этим показателям устанавлива­ются, исходя из отнесения нормативных требований к составу и свой­ствам воды водных объектов к самим сточным водам. Вместе с тем, если фоновая загрязненность водного объекта обусловлена естествен­ными причинами, то по согласованию с местными органами Госкомприроды СССР ПДС может устанавливаться, исходя из усло­вий соблюдения в контрольном пункте сформировавшегося есте­ственного фонового качества воды. К естественным причинам, фор­мирующим качество воды, относятся факторы, не входящие в хозяй­ственное звено круговорота воды, включающее возвратные воды всех видов (сточные, сбросные и дренажные). Для тех веществ, для кото­рых нормируется приращение к природному естественному фону (алюминий, ионы меди, селена, теллура, фтора и др.), ПДС должен устанавливаться с учетом этих допустимых приращений к природ­ному естественному фону.

Для предприятий, расположенных в районах с повышенной ми­нерализацией природных вод (Молдавия, юг Украины, Калмыкия, Казахстан, Средняя Азия и др.), в соответствии с ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством» (п. 1.5.2, примечание I) при расчете ПДС допускается принимать ве­личину 1500 г/м3 в качестве предельного уровня минерализации по­верхностных вод.

Данные по фоновому составу воды водных объектов запрашива­ются водопользователями в местных органах Госкомгидромета СССР.

1.12. При сбросе теплообменных вод ТЭС, АЭС и других подоб­ных объектов требования к составу сбрасываемых вод при назначе­нии ПДС устанавливаются на уровне концентраций нормированных веществ в воде водного объекта в месте водозабора (при условии водопользования одним водным объектом) или соблюдения в сточ­ных водах норм качества воды для вида водопользования, установ­ленного на рассматриваемом участке водного объекта - приемника сточных вод.

1.13. Для производственных и хозяйственно-бытовых сточных водах, отводимых в городские канализационные сети, ПДС не ус­танавливаются. Технические условия на сброс этих сточных вод определяются производственным управлением канализационного хозяйства города в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-8.

Для плавсредств водного транспорта установление ПДС не пре­дусмотрено. При установлении сбросов сточных вод водного транспорта следует руководствоваться «Санитарными правилами для судов внутреннего плавания СССР» (Минздрав СССР, 1977 г.) и «Пра­вилами отведения с судов в водные объекты обработанных сточных и нефтесодержащих вод» (утверждены Минводхозом СССР 31.10.86).

1.14. Величины ПДС разрабатываются и утверждаются для дейст­вующих и проектируемых предприятий-водопользователей. При этом независимо от ассимилирующей способности водного объекта, на­значаемые ПДС должны удовлетворять уровню очистки, который может быть достигнут при применении типовой технологии водоохраны для рассматриваемой категории сточных вод.

Для действующих предприятий разработка величин ПДС может осуществляться как самим предприятием-водопользователем, так и по его просьбе проектной или научно-исследовательской организа­цией, временным творческим коллективом. Если фактический сброс действующего предприятия меньше расчетного ПДС, то в качестве ПДС принимается фактический сброс.[2]

Величины ПДС проектируемых и строящихся (реконструируе­мых) предприятий определяются в составе проектов строительства (реконструкции) этих предприятий и утверждаются на стадии со­гласования проектной документации органами по охране природы системы Госкомприроды СССР. Если при пересмотре или уточне­нии ранее установленного ПДС окажется, что проектное значение сброса строящегося (реконструируемого) предприятия меньше рас­четного ПДС, то в качестве ПДС принимается проектное значение сброса.

1.15.  Величины ПДС утверждаются одновременно с выдачей разрешения на специальное водопользование территориальными (республиканскими или областными) органами по охране природы системы Госкомприроды СССР.

Величины ПДС подлежат предварительному согласованию с местными органами государственного санитарного надзора Минзд­рава СССР в случаях, когда сброс сточных вод производится в вод­ные объекты, являющиеся источниками хозяйственно-питьевого во­доснабжения или используемые в рекреационных целях.

1.16. Для согласования и утверждения проектов ПДС предприя­тие-водопользователь (или по его поручению организация-разработ­чик ПДС) представляет следующие материалы: пояснительную записку, содержащую гидрологическую и гидрохимическую характеристику водного объекта на участке существующего или проектируемого выпуска сточных вод, данные о качестве воды в контрольном створе водного объекта после сброса сточных вод, величинах фоновых концентраций, принятых для рас­чета ПДС, их обоснование, расчет ПДС; заполненные формы ПДС (приложение I).

Действующие предприятия-водопользователи вместе с проектом величин ПДС представляют план мероприятий по их достижению, в котором должны быть отражены: расход сточных вод и фактическая концентрация загрязняющих веществ в сточных водах на момент разработки ПДС; наименование мероприятий, сроки их реализации, планируемые затраты и достигаемый водоохранный эффект (расход и концентрация нормированных веществ в сточных водах после ре­ализации каждого этапа плана).

Представляемые на согласование материалы должны быть рассмотрены органами государственного санитарного надзора в двух­недельный срок. В случае отказа от рассмотрения или необоснован­ного отклонения представленных материалов органы по охране при­роды, руководствуясь водным законодательством, вправе принять по вопросу утверждения ПДС и плана мероприятий по их достижению самостоятельное решение.

1.17. Для вновь вводимых (реконструируемых) предприятий со­блюдение нормативов ПДС должно быть обеспечено к моменту при­емки этих объектов в эксплуатацию.

Действующие предприятия-водопользователи, сбрасывающие сточные воды с превышением установленных ПДС, обязаны в сро­ки, согласованные с органами системы Госкомприроды СССР, обес­печить разработку и реализацию планов мероприятий по достиже­нию ПДС, которые являются неотъемлемой частью планов социаль­но-экономического развития этих предприятий. Указанные планы в полном объеме должны быть обеспечены финансовыми, материаль­но-техническими, трудовыми и другими ресурсами.

В период реализации указанных планов или их отдельных эта­пов, соответствующих нормативным срокам продолжительности строительства и ввода в эксплуатацию водоохранных сооружений, предприятия осуществляют сброс сточных вод на основании разре­шений, выдаваемых им органами системы Госкомприроды СССР. Лимиты временно согласованного сброса (ВСС) веществ со сточны­ми водами, указываемые в этих разрешениях, устанавливаются по наилучшим результатам, которые могут быть достигнуты на данном предприятии, исходя из наличия систем оборотного водоснабжения, очистных и других водоохранных сооружений.

По мере осуществления отдельных этапов плана водоохранных мероприятий по достижению ПДС лимиты временно согласованно­го сброса веществ со сточными водами должны быть пересмотрены и скорректированы в сторону уменьшения и назначены в соответ­ствии с проектными результатами, которые должны быть достигну­ты за счет ввода в эксплуатацию новых сооружений и устройств, предусмотренных очередным этапом плана. Таким образом, уста­новленные ВСС являются не актом, допускающим сброс нормиро­ванных веществ свыше ПДС, а средством поэтапного достижения ПДС.

В период выполнения плана водоохранных мероприятий в нор­мативные сроки и в установленном объеме при условии соблюдения лимитов временно согласованного сброса сточных вод на предприя­тие не налагается каких-либо штрафных или иных санкций.

1.18. Установленные ПДС и соответствующие допустимые концентрации веществ в сточных водах, действующие на период, установленный органами по охране природы системы Госкомпри­роды СССР[3], являются основой для пятилетнего планирования во­доохранных мероприятий. В связи с этим пересмотр и уточнение ПДС осуществляется не реже одного раза в 5 лет (за 2 года до конца текущей пятилетки) и является основой для разработки плана водо­охранных мероприятий на предстоящую пятилетку.

Кроме того, необходимость пересмотра ранее установленных ПДС возникает по истечении срока их действия или при изменении водохозяйственной обстановки на водном объекте (появление новых и изменение параметров существующих сбросов сточных вод и во­дозаборов, изменение расчетных расходов водотока, фоновой кон­центрации и др.).

Во всех случаях пересмотра ранее установленных ПДС следует руководствоваться постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улуч­шению использования природных ресурсов» от 1 декабря 1978 г. № 984, которым предусматривается достижение и дальнейшее пос­ледовательное уменьшение ПДС вплоть до полного прекращения в перспективе сбросов загрязняющих веществ в водные объекты.

Пересмотр и уточнение ПДС выполняются по указанию орга­нов, по охране природы системы Госкомприроды СССР предприя­тиями-водопользователями или по их поручению проектными или научно-исследовательскими организациями. Материалы по пересмотру установленных ПДС представляются в территориальные органы по охране природы системы Госкомприроды СССР предприятиями-водопользователями или по их поручению организациями-разработ­чиками.

По истечении срока действия установленных ПДС предприятия-водопользователи обращаются с ходатайством в местные органы системы Госкомприроды СССР о продлении срока действия ПДС.

Если по истечении срока действия ПДС предприятия-водопользо­ватели не представляют ходатайства о его продлении, органы по охра­не природы системы Госкомприроды СССР должны направить им соответствующее предписание.

По получении материалов о продлении срока действия ПДС орга­ны по охране природы системы Госкомприроды СССР в первую оче­редь проверяют выполнение плана водоохранных мероприятий по достижению установленных ПДС.

Затем в формах в соответствии с приложением I показатели граф «фактическая концентрация» и «фактический сброс» корректируются в сторону уменьшения в соответствии с результатами, достигаемы­ми за счет осуществления водоохранных мероприятий. Одновремен­но проверяются и при необходимости корректируются остальные сведения, включенные в форму по установлению ПДС.

Если водохозяйственная обстановка на водном объекте со време­ни установления ПДС не изменилась, действие утвержденных ПДС продлевается на предстоящий пятилетний период или до срока реа­лизации очередного этапа водоохранных мероприятий по достиже­нию ПДС.

Если показатели, определяющие водохозяйственную обстанов­ку, изменились ориентировочно более чем на 20% (что соответству­ет точности определения исходных данных для расчета ПДС), то необходимо произвести пересчет установленных ПДС.

1.19. В случае невыполнения в установленный срок плана водо­охранных мероприятий или отдельных его этапов, органы по охране природы системы Госкомприроды СССР вправе предъявить иск предприятию-водопользователю за загрязнение водных объектов в соответствии с «Инструкцией о порядке взыскания в доход государ­ства средств в возмещение убытков, причиненных государству на­рушением водного законодательства», утвержденной Минводхозом СССР 23.10.84 г., или применить другие санкции в соответствии с действующим законодательством.

1.20.  Пересмотр и уточнение ранее установленных ПДС могут быть произведены как одновременно для совокупности предприя­тий, расположенных в бассейне реки в пределах водохозяйственно­го участка, в зоне деятельности местного комитета по охране природы, так и индивидуально, для каждого отдельного предприятия (от­дельного выпуска).

1.21. Применительно к условиям сброса сточных вод в прибреж­ные воды морей ПДС устанавливается дифференцирование на каж­дом выпуске сточных вод:

а) для сбросов производственных и бытовых сточных вод в гра­ницах прибрежных районов водопользования, определенных пп.3.9, 3.10, 4.7 Правил охраны поверхностных вод, в моря или прибреж­ные охраняемые районы, объявленные заповедными в установлен­ном законодательством Союза ССР и союзных республик порядке, а также имеющие особое государственное значение, либо научную или культурную ценность, использование которых запрещено полностью или частично Советом Министров СССР или Советом Министров союзной республики, ПДС устанавливается в соответствии с требо­ваниями п.5.5 Правил охраны поверхностных вод, согласно которым водопользователи обязаны ликвидировать такие выпуски или обес­печить отведение сточных вод за границы указанных районов;

б)  для сбросов сточных вод в прибрежных районах морей со специфическими гидрологическими условиями и неудовлетворитель­ными с гигиенической точки зрения санитарными, гидрофизически­ми и топографогидрологическими особенностями, обусловливавши­ми застойные явления или концентрацию загрязняющих веществ в прибрежных водах, ПДС определяется на основе отнесения требо­ваний и нормативов Правил охраны поверхностных вод для 1-го пояса зоны санитарной охраны к сточным водам без учета возможного смешения и разбавления их морской водой;

в) для сбросов сточных вод в прибрежные воды моря в границах 1-го пояса зоны санитарной охраны в случаях, которые определены п.5.9 Правил охраны поверхностных вод, расчеты ПДС для отдель­ных выпусков сточных вод водопользователей производятся с уче­том степени смешения и разбавления биологически очищенных и обеззараженных сточных вод морской водой при условии соблюде­ния гидрохимических, санитарных и рыбохозяйственных требова­ний и нормативов Правил охраны поверхностных вод;

г)  для сбросов сточных вод за пределами 1-го пояса зоны са­нитарной охраны и прибрежных районов водопользования, огово­ренных пп. 3.9, 3.10, 4.7 Правил охраны поверхностных вод, расчет ПДС для отдельных выпусков сточных вод водопользователей про­изводится с учетом степени смешения и разбавления сточных вод морской водой при условии соблюдения рыбохозяйственных требо­ваний и нормативов в соответствии с п.4.6 Правил.

II. МЕТОДИЧЕСКАЯ ОСНОВА РАСЧЕТА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ ВЕЩЕСТВ

2.1.  Достижение величин ПДС требует проведения сложного дорогостоящего комплекса технических, экономических и органи­зационных мероприятий. Поэтому установление величин ПДС дол­жно предусматривать оптимизацию народно-хозяйственных затрат на их достижение.

2.2. Одним из важнейших условий оптимизации затрат в водном хозяйстве является применение бассейнового принципа установле­ния ПДС. При этом величины ПДС устанавливаются с учетом пре­дельно допустимых концентраций (ПДК) веществ в местах водополь­зования, ассимилирующей способности водного объекта и оптималь­ного распределения массы сбрасываемых веществ между водополь­зователями, сбрасывающими сточные воды, т.е. в соответствии с примечанием к определению ПДС по ГОСТ 17.1.1.01-77.

В связи со сложностью реализации расчета ПДС для совокупно­сти предприятий, расположенных в бассейне реки или ее участка, требуется применение ЭВМ и проблемно-ориентированных пакетов прикладных программ (ППП), обеспечивающих расчеты ПДС в со­ответствии с определением ПДС по ГОСТ 17.1.1.01-77.

2.3.  Величины ПДС могут устанавливаться без применения бассейнового принципа для отдельных водопользователей в следу­ющих случаях:

а)  в водном объекте в районе выпуска сточных вод исчерпана ассимилирующая способность по каким-либо показателям, присут­ствующим в сбросе (см. п.1.11 настоящей Методики);

б) выпуск сточных вод расположен в черте населенного пункта (см.п.1.10 настоящей Методики);

в) для выпуска сточных вод (как правило, расположенного вда­леке от других выпусков) имеется достоверная информация о каче­стве воды выше сброса (фоновые концентрации).

Следует иметь в виду, что при установлении ПДС без приме­нения бассейнового принципа, каждый водопользователь использу­ет всю ассимилирующую способность водного объекта, не оставляя запаса для нижележащих водопользователей, что приводит к возрастанию расходов на водоохранные мероприятия.

2.4. Если величины ПДС рассчитываются без применения бассей­нового принципа, и отсутствует достоверная информация о качестве воды выше сброса, то соблюдение нормативных требований к со­ставу и свойствам воды водных объектов может быть гарантировано только при установлении ПДС, обеспечивающих выполнение требований к качеству речных вод в самих сточных водах. В этом слу­чае существенно возрастают суммарные затраты водопользователей на водоохранные мероприятия, поскольку не полностью использу­ется ассимилирующая способность водного объекта и исключается возможность оптимального распределения сбросов нормированных веществ между водопользователями речного бассейна.

2.5.  Достижение ПДС должно гармонично сочетаться с общим экономическим развитием народного хозяйства на основе замены устаревших производственных процессов прогрессивными экологи­чески безопасными технологиями, развитием замкнутых систем во­доснабжения, созданием малоотходных и безотходных производств, обеспечивая согласованное развитие производства и природополь­зования. Поэтому при расчете ПДС необходимо учитывать технико-экономические характеристики производства, системы очистки, а также оборотного или повторного использования воды каждого кон­кретного предприятия. В противном случае достижение рассчитан­ных величин ПДС будет технически неосуществимо либо экономи­чески не эффективно. Следует обратить внимание на тот факт, что в большом количестве случаев создание замкнутых систем влечет зна­чительно меньшие затраты, чем очистка сточных вод до уровня ПДК, так как требования технического водоснабжения менее жесткие.

2.6.  При расчете ПДС желательно учитывать совокупность всех основных факторов, влияющих на качество воды, с целью определе­ния полного водомассобаланса водотока и водоема с учетом влия­ния сбросов и природных факторов.

2.7. Комплекс мероприятий, обеспечивающий достижение ПДС, должен обладать свойством поэтапной реализуемости (возможнос­тью ввода водоохранных сооружений очередями), что позволяет пос­ледовательно улучшать качество воды в водных объектах при огра­ниченности наличных ресурсов на каждом этапе планирования.

III. РАСЧЕТ ПДС ДЛЯ ВОДОТОКОВ

3.1. Расчет величин ПДС для отдельных выпусков

3.1.1. Величины ПДС определяются для всех категорий водополь­зователей как произведение максимального часового расхода сточ­ных вод -  (м3) на допустимую концентрацию загрязняющего ве­щества  (г/м3). При расчете условий сброса сточных вод сначала определяется значение,  обеспечивающее нормативное качество воды в контрольных створах с учетом требований п. 1.14 настоящей Методики, а затем определяется ПДС согласно формуле:

                                                      (3.1.1)

Необходимо подчеркнуть обязательность требования увязки сброса массы вещества, соответствующей ПДС, с расходом сточной воды. Например, уменьшение расхода при сохранении величины ПДС будет приводить к концентрации вещества в водном объекте, превы­шающей ПДК.

Если фоновая концентрация загрязняющего вещества в водном объекте превышает ПДК, то  определяется в соответствии с п. 1.11 настоящей Методики. В противном случае для определения  в зависимости от типа водного объекта используются расчетные формулы, приведенные в разд. 3-5.

3.1.2. Основная расчетная формула для определения  без учета неконсервативности вещества имеет вид:

                                              (3.1.2)

где:  - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водотока, г/м3;

 - фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке выше выпуска сточных вод, определяемая в соответствии с [8], г/м3;

 - кратность общего разбавления сточных вод в водотоке, рав­ная произведению кратности начального разбавления  на кратность основного разбавления , т.е.

                                                           (3.1.3)

С учетом неконсервативности загрязняющего вещества расчет­ная формула имеет вид:

                                             (3.1.4)

где:  - коэффициент консервативности, 1/сут;

 - время добегания от места выпуска сточных вод до расчетного створа, сут.

Значения коэффициента неконсервативности принимаются по данным натурных наблюдений или по справочным данным и пересчитываются в зависимости от температуры и скорости течения воды реки [14]. При установлении ПДС по БПК расчетная формула имеет вид:

                                   (3.1.4а)

где:  - осредненное значение коэффициента неконсервативнос­ти органических веществ, обусловливающих  фона и сточ­ных вод, 1/сут;

 -  обусловленная метаболитами и органическими ве­ществами, смываемыми в водоток атмосферными осадками с пло­щади водосбора на последнем участке пути перед контрольным ство­ром длиной 0,5 суточного пробега [14].

Значение  принимается равным: для горных рек – 0,6  0,8 г/м3; для равнинных рек, протекающих по территории, почва которой не слишком богата органическими веществами – 1,7  2 г/м3; для рек болотного питания или протекающих по территории, с кото­рой смывается повышенное количество органических веществ – 2,3  2,5 г/м3. Если расстояние от выпуска сточных вод до контрольно­го створа меньше 0,5 суточного пробега, то  принимается равной нулю [14].

При установлении ПДС по БПК с учетом требования к содержа­нию растворенного кислорода, а также при установлении ПДС по взвешенным веществам или при сбросе кислых, щелочных или тер­мально загрязненных сточных вод рекомендуется использовать фор­мулы, приведенные в [14].

3.1.3. По методу Н.Н. Лапшева кратность начального разбавле­ния  учитывается при выпуске сточных вод в водотоки в следую­щих случаях:

  • для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соотношении скоростей  и выпуска :

                                                          (3.1.5)

  • при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска, боль­ших 2 м/с. При меньших скоростях расчет начального разбавления не производится.

Для единичного напорного выпуска кратность начального разбавления рассчитывается следующим образом: вычисляются от­ношения

                                          (3.1.6)

где:  - скорость на оси струи. По (рис.3.1) находится отношение , где  - диаметр загрязненного пятна в граничном ство­ре зоны начального разбавления,  - диаметр выпуска. Затем по (рис.3.2) находится кратность начального разбавления  по извест­ным величинам.

Для рассеивающего напорного выпуска расчет осуществляется следующим образом. Задаваясь числом выпускных отверстий оголовка выпуска  и скоростью истечения сточных вод из них , определяют диаметр отверстия или оголовка рас­сеивающего выпуска:

                                                   (3.1.7)

где:  - суммарный расход сточных вод, м3.

Затем по (рис. 3.1) определяется отношение  и найденное значение  сравнивается с глубиной реки . Если , то по (рис. 3.2) находят кратность начального разбавления . Для случая есте­ственной струи ( ) соответствующая ему кратность разбавления  находится умножением найденного значения  на поправочный коэффициент  который определяется из рис.3.3. Расстояние до пограничного сечения зоны начального разбавления опре­деляется по формуле:

                                            (3.1.8)

Расход смеси сточных вод и воды водотока в том же сечении на­ходится по формуле:

                                                         (3.1.9)

где:  - расход сточных вод на выходе из отверстий или оголов­ков рассеивающего выпуска, м3.

Средняя концентрация вещества в граничной сечении опре­деляется по формуле:

                                            (3.1.10)

где:  - концентрация загрязняющего вещества в сточных во­дах, г/м3.

Рис. 3.1. Номограмма для определения диаметра          Рис 3.3. Номограмма для           

струи в расчетном сечении                                               определения поправочного 

                                                                                                                         коэффициента

Рис 3.2. Номограмма для

определения начального

разбавления в потоке

                Максимальная концентрация в центре пятна примеси в этом сечении равна:

                                           (3.1.11)

3.1.4. Кратность основного разбавления  определяется по методу В.А.Фролова –

 И.Д. Родзиллера [14]:

                                           (3.1.12)

где:  - расчетный расход водотока, м3;

 - коэффициент смешивания, показывающий какая часть речного расхода смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа:

                                          (1.1.13)

где:  - расстояние от выпуска до расчетного створа по фарвате­ру, м;

 - коэффициент, учитывающий гидравлические условия в реке:

                                              (3.1.14)

где:  - коэффициент извилистости (отношение расстояния до контрольного створа по фарватеру к расстоянию по прямой);

 - коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске у берега , при выпуске в стрежень реки );  - коэффициент турбулентной диффузии, м2. Для летнего вре­мени:

                                                 (3.1.15)

где:  - ускорение свободного падения, ;

   - средняя скорость течения реки, м/с;

                 - средняя глубина реки, м;

                - коэффициент шероховатости ложа реки, определяемый по таблице М.Ф.Срибного [13];

                 - коэффициент Шези (м0,5/с), определяемый по формуле Н.Н.Павловского (при ):

                                                         (3.1.16)

где: R - гидравлический радиус потока, м ( );

                        (3.1.17)

Для зимнего времени (периода ледостава):

                                                 (3.1.18)

где: , ,  - приведенные значения гидравлического радиуса, коэффициента шероховатости и коэффициента Шези;

                                                       (3.1.19)

                                               (3.1.20)

где:  - коэффициент шероховатости нижней поверхности льда по П.Н. Белоконю [14];

                                                            (3.1.21)

где:

                           (3.1.22)

Для повышения точности расчетов вместо средних значений , ,  и С рекомендуется брать их значения в зоне непосредст­венного смешения сточной жидкости с речной водой.

Рассмотренный метод может применяться при соблюдении следующего неравенства:

                                                    (3.1.23)

Если сточные воды и притоки могут поступать с обоих берегов реки, обеспечивая практически постоянную струйность речных вод вдоль каждого берега, то для расчетов концентраций веществ в мак­симально загрязненной струе рекомендуется использовать метод В.А.Фролова - И.Д. Родзиллера для случая впадения сточных вод с обоих берегов реки [14].

3.1.5. Если не соблюдаются условия применимости метода В.А.Фролова - И.Д. Родзиллера, или в расчете необходимо учесть данные о накоплении загрязняющих веществ в донных отложениях, то рекомендуется использовать методы разработанные А.В. Караушевым [15].

3.2. Расчет величин ПДС для бассейна реки или его участка

3.2.1.  При сбросе сточных вод в водотоки ПДС веществ опре­деляются из решения задачи математического программирования.

Критерий оптимальности - минимум суммарных приведенных затрат на достижение ПДС:

где:  - приведенные затраты i-гo водопользователя на до­стижение ПДС, тыс. руб./год;

 - оптимизируемых переменных, определяющий доли расхода сточных вод - , проходящие по различным техноло­гическим маршрутам их очистки и использования, ;  - число технологических маршрутов очистки и использования сточ­ных вод;

 - число водопользователей.

3.2.2.  Для формирования модели водного объекта водоток раз­бивается на секции с постоянным расходом, в пределах которых все параметры модели можно принять постоянными, границы секций совмещаются с местами сброса сточных вод, водозаборами, устья­ми притоков, створами, в которых контролируется качество воды, и местами резкого изменения гидрометрических характеристик водо­тока. При совпадении места водозабора с местом сброса сточных вод или устьем притока, для этого водозабора вводится отдельная секция нулевой протяженности. Для каждого притока и основной реки помимо створов контроля качества воды необходимо указать расчетный створ в устье и начальный створ, и качество воды в истоке реки. Все створы нумеруются последовательно от истока к устью для каждого притока и основной реки. Аналогично нумеруются рас­четные секции.

3.2.3. Модель водного объекта:

                     (3.2.2)

где:  - множество номеров расчетных створов, в которых моде­лируется качество воды;

 - вектор показателей (концентраций веществ), характеризу­ющих качество воды в створе , г/м3;

 - то же для предшествующего по течению створа . Если , то створ  является начальным створом (истоком) реки и ;

 - вектор фоновых концентраций веществ в воде водотока в створе , г/м3;

 - то же для створа , расположенного в устье притока, впада­ющего на участке ;

 - вектор максимальных среднечасовых концентраций веществ в сточных водах выпуска i, г/м3;

 - расход сточных вод выпуска i, м3;

 - расход воды реки в расчетной секции , м3;

 - номер расчетной секции, в начале которой расположен вы­пуск сточных вод водопользователя i, м3;

 - множество номеров створов, расположенных в устьях при­токов, впадающих на участке ;

 - множество номеров выпусков сточных вод, поступающих в водный объект на участке ;

, ,  - матрицы, характеризующие разбавление и трансформацию качества речных и сточных вод;

                                        (3.2.3)

 - множество номеров расчетных секций с постоянными ха­рактеристиками потока, соединяющих створ  со створом ;

 - то же для сброса i;

 - разбавление речных вод при переходе от секции к следую­щей по течению данной реки секции . , если секция  пос­ледняя или

,  если                                             (3.2.4.)

 - нижняя треугольная матрица, характеризующая самоочищение и трансформацию веществ в водотоке на про­тяжении секции . Диагональные элементы матрицы  определяются как [12, 13].

                                                                 (3.2.5)

где  — индекс вещества (показателя);

 - коэффициент неконсервативности вещества  , 1/сут;

 - время перемещения воды в водотоке на протяжении сек­ции , сут. Внедиагональные элементы матрицы характеризуют пе­реход одних соединений в другие или потребление веществ при хи­мических реакциях [24]. В простейшем случае внедиагональные эле­менты матрицы равны нулю для всех показателей кроме растворен­ного кислорода, для которого внедиагональный элемент имеет вид:

                                          (3.2.6)

где:  - индекс ;

 - индекс растворенного кислорода. При расчете концентрации растворенного кислорода в соответствующее ему уравнение в сис­теме (3.2.2) также добавляется член, характеризующий насыщение речной воды атмосферным кислородом:

                                  (3.2.7)

где:  - растворимость кислорода в 1 м3 воды при расчетной температуре, г/м3;

 - множество номеров расчетных секций, соединяющих сек­цию  со створом .

3.2.4. Модель водного объекта по формулам (3.2.2) - (3.2.7) пред­полагает полное и мгновенное смешение речных и сточных вод и предназначена для расчета водоохранных мероприятий на перспек­тиву, когда учет степени смешения речных и сточных вод затруд­няется из-за отсутствия исходных данных. При расчетах на бли­жайший период, а также при наличии необходимых данных при перспективных расчетах для учета степени смешения речных и сточных вод может быть применен описанный выше (п. 3.1.4) метод В. А. Фролова - И. Д. Родзиллера либо другие упрощенные методы расчета разбавления [14, 15].

3.2.5.  Требования к качеству воды:

для БПК, минерализации и других показателей, не оказывающих аддитивного воздействия;      (3.2.8)

для растворенного кислорода;

для показателей нормируемых по лимитирующим признакам вредности (ЛПВ).

где:  - предельно допустимая концентрация вещества  в створе ;\

 - множество номеров показателей, нормируемых по лимити­рующему признаку вредности ;

 - множество ЛПВ, определяемых нормативными требования­ми к качеству воды в створе ;

 - множество номеров створов, в которых контролируется ка­чество воды.

3.2.6.  Модель комплекса водоохранных мероприятий:

                                              (3.2.9)

                                               (3.2.10)

                                                 (3.2.11)

где:  - приведенные затраты, соответствующие технологичес­кому маршруту  очистки или использования сточных вод, руб./м3;

 - вектор концентраций веществ в сточных водах выпуска i с расходом ,  после прохождения технологического маршрута  по очистке сточных вод.

3.2.7.  В качестве альтернативных технологических маршрутов обработки сточных вод в модели (3.2.9) - (3.2.11) могут рассматри­ваться как обобщенные варианты водоохранных мероприятий для различных категорий сточных вод по отраслям народного хозяйства, так и специальные варианты водоохранных мероприятий для конк­ретных водопользователей. Необходимые для проведения расчетов, усредненные технико-экономические характеристики типовых во­доохранных мероприятий могут быть приняты по справочной лите­ратуре [13], либо по материалам научных, проектных и конструкторско-технологических институтов.

3.2.8.  При наличии данных о зависимости затрат на водоохран­ные мероприятия от расхода обрабатываемых сточных вод для рас­четов может быть использована более сложная модель, отличающа­яся формой записи затрат на водоохранные мероприятия - выраже­ние (3.2.9) заменяется следующим:

                                (3.2.12)

где:  - множество входящих в технологический маршрут  агре­гатов (очистных сооружений) обработки сточных вод;

 - множество технологических маршрутов, включающих агрегат ;

 - расход сточных вод выпуска i, тыс. м3/сут;

,  - коэффициенты аппроксимации. Модель (3.2.10) - (3.2.12) реализована в системе ОКВОПЛАН [23]. Для решения зада­чи используется специальный итеративный алгоритм.

3.2.9. В результате решения задачи оптимизации (3.2.1) - (3.2.11) определяются оптимальные доли расхода сточных вод, проходящие по различным технологическим маршрутам очистки и исполь­зования  соответствующие им величины расходов обрабатываемых сточных вод:

                               (3.2.13)

где:  - номер технологического маршрута очистки или использования сточных вод;

 - число технологических маршрутов.

3.2.10.  Концентрации веществ в сточных водах выпуска i рас­считываются по формуле:

                                     (3.2.14)

где:  - концентрации веществ в сточных водах выпуска i с расходом  после прохождения технологического маршрута  по очистке сточных вод, г/м3.

3.2.11.  Предельно допустимый сброс веществ на выпуске сточ­ных вод, обеспечивающий соблюдение нормативного качества воды в контрольных створах при оптимальном распределении массы сбрасываемых веществ между отдельными водопользователями, определяются как:

                                     (3.2.15)

где:  - расход сточных вод выпуска i, м3.

IV. РАСЧЕТ ПДС ДЛЯ ВОДОХРАНИЛИЩ И ОЗЕР

4.1. Расчет величин ПДС для отдельных выпусков

4.1.1. Величины ПДС для выпусков сточных вод в водохранили­ща и озера определяются в соответствии с п.3.1.1 по приведенным ниже расчетным формулам, аналогичным формулам п.3.1.2.

Основная расчетная формула для определения  без учета не­консервативности вещества имеет вид:

                                            (4.1.1)

где:  - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водоема, г/м3;

 - фоновая концентрация загрязняющего вещества в воде во­доема в месте выпуска сточных вод, определяемая в соответствии с [8], г/м3;

 - кратность общего разбавления сточных вод в водоеме, опре­деляемая по формуле (3.1.3).

С учетом неконсервативности загрязняющего вещества расчет­ная формула имеет вид:

                                           (4.1.2)

где:  - коэффициент консервативности, 1/сут;

 - время перемещения сточных вод под влиянием течения от места их выпуска до расчетного створа, сут.

Значения коэффициента неконсервативности  принимаются по данным натурных наблюдений или по справочным данным и пересчитываются в зависимости от температуры и скорости течения в водоеме [14].

При установлении ПДС по БПК расчетная формула имеет вид:

                                  (4.1.2а)

где:  - осредненное значение коэффициента неконсервативнос­ти органических веществ, обусловливающих  фона и сточ­ных вод, 1/сут;

 -  обусловленная метаболитами и органическими ве­ществами, смываемыми в водоем атмосферными осадками с пло­щади водосбора на последнем участке пути перед контрольным ство­ром длиной 0,5 суточного пробега [14].

Значение  принимается равным: для горных водоемов – 0,6  0,8 г/м3; для равнинных водоемов, расположенных на территории, почва которой не слишком богата органическими веществами – 1,7  2 г/м3; для водоемов расположенных на болотистой территории или территории с кото­рой смывается повышенное количество органических веществ – 2,3  2,5 г/м3. Если расстояние от выпуска сточных вод до контрольно­го створа меньше 0,5 суточного пробега, то  принимается равной нулю [14].

При установлении ПДС по БПК с учетом требования к содержа­нию растворенного кислорода, а также при установлении ПДС по взвешенным веществам или при сбросе кислых, щелочных или тер­мально загрязненных сточных вод рекомендуется использовать фор­мулы, приведенные в [14].

4.1.2. При наличии в водоеме устойчивых ветровых течений для расчета кратности общего разбавления  может быть использован метод М.А. Руффеля [14]. В расчетах по этому методу рассматрива­ются два случая:

а)  выпуск в мелководную часть или в верхнюю треть глубины водоема, загрязненная струя распространяется вдоль берега под воздействием прямого поверхностного течения, имеющего одина­ковое с ветром направление;

б) выпуск в нижнюю треть глубины водоема, загрязненная струя распространяется к береговой полосе против выпуска под воздействием донного компенсационного течения, имеющего направление, обратное направлению ветра.

Метод М.А. Руффеля имеет следующие ограничения: глубина зоны смешения не превышает 10 м, расстояние от выпуска до конт­рольного створа вдоль берега в первом случае не превышает 20 км, расстояние от выхода сточных вод до берега против выпускного ого­ловка во втором случае не превышает 0,5 км.

Кратность общего разбавления определяется по формуле (3.1.3). Кратность начального разбавления вычисляется следующим обра­зом:

- при выпуске в мелководье или в верхнюю треть глубины:

                                                  (4.1.3)

где:  - расход сточных вод выпуска, м3;

 - скорость ветра над водой в месте выпуска сточных вод, м/с;

 - средняя глубина водоема вблизи выпуска, м. Значение  определяется в зависимости от средней глубины водоема  следу­ющим образом: при  на участке протяженностью 100 м; при  на участке протяженностью 150 м; при  на участке протяженностью 200 м; при  на участке про­тяженностью 250 м;

- при выпуске в нижнюю треть глубины:

                                                    (4.1.4)

Кратность основного разбавления вычисляется следующим об­разом:

- при выпуске в мелководье или в верхнюю треть глубины:

                                               (4.1.5)

где:  - расстояние от места выпуска до контрольного створа, м;

                                                          (4.1.6)

- при выпуске в нижнюю треть глубины:

                                              (4.1.7)

                                                             (4.1.8)

4.1.3. Если не выполняются условия применимости метода М.А. Руффеля, то расчет кратности начального разбавления  выполняется согласно п. 3.1.3. Расчет кратности основного разбавле­ния может быть выполнен численным методом А.В. Караушева [14].

При наличии в водоеме устойчивых течений расчет кратности основного разбавления может быть проведен с использованием ана­литического решения уравнения турбулентной диффузии для сосре­доточенного выпуска сточных вод [17]:

                                                                 (4.1.9)

где:                                                           (4.1.10)

                                                            (4.1.11)

                                                   (4.1.12)

                                                        (4.1.13)

                                     (4.1.14)

                                                         (4.1.15)

                где:  - параметр сопряжения участка двухмерной диффузии с участком трехмерной диффузии, м;

 - параметр сопряжения начального участка разбавления с ос­новным участком;

 - параметр, учитывающий влияние ближайшего берега на кратность основного разбавления;

 - характерная минимальная скорость течения в водоеме в ме­сте сброса, соответствующая неблагоприятной гидрологической си­туации, м/с;

 - расстояние выпуска от ближайшего берега, м;

 - длина начального участка разбавления, рассчитываемая по формуле (3.1.8), м;

 - коэффициент турбулентной диффузии, м2, определяемый по формулам (3.1.15), (3.1.18), в которых вместо средней скорости течения, глубины и коэффициента шероховатости ложа реки прини­маются, соответственно, характерная минимальная скорость тече­ния в водоеме , средняя глубина водоема вблизи выпуска  и ко­эффициент шероховатости ложа водоема в зоне течения.

4.1.4. Если ветровые течения в водоеме имеют регулярно попе­ременное направление либо берега водоемов имеют, неспокойную линию, а выпуск осуществляется в заливную или мысовую часть, либо зимой после ледостава отсутствуют ветровые течения, то опи­санные выше методы неприменимы. В этих случаях необходимо раз­рабатывать с участием специализированных научно-исследователь­ских институтов методы расчета ориентированные на решение кон­кретных задач.

4.2. Расчет величин ПДС для совокупности выпусков

4.2.1.  Совокупность выпусков сточных вод для водоема состав­ляют выпуски, сточные воды которых сбрасываются непосредственно в водоем.

4.2.2.  Реки, впадающие в водоем следует рассматривать как бе­реговые выпуски сточных вод. При этом концентрации веществ в усть­ях рек определяются заранее или описываются уравнением вида (3.2.2).

4.2.3.  ПДС для всех выпусков из рассматриваемой совокупнос­ти определяются из решения задачи математического программирования. Критерий оптимальности - минимум суммарных приведен­ных затрат на достижение ПДС вида (3.2.1):

4.2.4. Модель водного объекта:

                                             (4.2.1)

где:  - вектор показателей (концентраций веществ), харак­теризующих качество воды в створе , г/м3;

 - вектор фоновых концентраций веществ в водоеме, г/м3;

 - вектор максимальных среднечасовых концентраций веществ в сточных водах выпуска i, г/м3;

 - кратность разбавления сточных вод выпуска i на пути до створа ;

 - множество номеров выпусков, оказывающих влияние на ка­чество воды в створе .

4.2.5.  Для расчета фоновых концентраций веществ в водо­еме принимается, что они формируются в результате поступле­ния нормированных веществ от всех источников и влияния внутриводоемных факторов, одинаковы в любом створе водоема (при­ближение полного перемешивания) и описываются системой уравнений:

                                                      (4.2.2)

где:  - матрица, коэффициенты которой отражают процессы трансформации веществ в водоеме;

 - множество номеров всех источников поступления нормиро­ванных веществ;

 - расход сточных вод выпуска , м3.

4.2.6.  Матрица коэффициентов трансформации имеет следую­щую структуру:

                                                      (4.2.3)

                (4.2.4)

                                                 (4.2.5)

где:  - коэффициенты трансформации веществ в водохранили­ще, м3.

Значениям  соответствуют следующие показатели:

 - Азот общий;

 - ;

 - Азот аммонийный;

 - Азот нитритов;

 - Азот нитратов;

 - Растворенный кислород;

 - остальные показатели;

 - коэффициент, характеризующий соотношение между  и органическим азотом в воде водоема;

 - коэффициент пересчета  в  в воде водоема;

,  - соответственно коэффициенты стехиометрической эк­вивалентности аммонийный азот – кислород и нитритный азот – кислород, , . Коэффициенты  и  не являют­ся универсальными и должны оцениваться для каждого конкретного водоема на основе калибрации модели по данным наблюдений.

4.2.7. Матрица  описывает внутренний круговорот биогенных элементов в водном объекте. Поскольку для водоемов время водооб­мена, как правило, превышает характерное время обращения био­генных элементов по указанному циклу, то моделируемая в нем груп­па показателей — , азот аммонийный, азот нитритов и азот нитратов должна рассчитываться только совместно. Изолированный расчет этих показателей или расчет для неполной группы могут при­вести к значительному занижению расчетных концентраций и, сле­довательно, к установлению недостаточно жестких ПДС.

4.2.8.  Коэффициенты трансформации вычисляются по формуле:

                                                  (4.2.6)

где:  - коэффициент неконсервативности (для растворенно­го кислорода вместо коэффициента неконсервативности использу­ется константа реаэрации), 1/сут;

 - объем заполнения водоема (водохранилища), км3;

 - коэффициент приведения размерности в м3, ;

 - расход водозабора или вытекающей из водоема реки, м3;

 - множество номеров мест изъятия воды из водоема, включая водозаборы и вытекающие из водоема реки.

4.2.9. При расчете концентрации растворенного кислорода в пра­вую часть соответствующего уравнения системы (4.2.2) добавляет­ся член:

                                                        (4.2.7)

где:  - растворимость кислорода в 1 м3 воды при расчетной температуре, г/м3.

4.2.10. Кратность разбавления  определяется по формуле (3.1.3) как произведение кратности начального разбавления  и кратно­сти основного разбавления . Значения  определяются по формулам (4.1.3) (4.1.4) или, если не выполняются условия приме­нимости метода М. А. Руффеля - согласно п.3.1.3. Значения опре­деляются по формулам (4.1.9) - (4.1.15) или численным методом А. В. Караушева [14].

4.2.11.  Модель комплекса водоохранных мероприятий при рас­чете ПДС веществ в водоемы полностью совпадает с описанной ра­нее моделью (3.2.9) - (3.2.11) комплекса водоохранных мероприя­тий для случая расчета ПДС веществ в водотоки.

4.2.12.  В результате решения задачи оптимизации (3.2.1), (4.2.1), (4.2.2), (3.2.6) - (3.2.11) определяются оптимальные доли расхода сточных вод, проходящие по различным технологичес­ким маршрутам очистки и использования . После этого по формулам (3.2.13) - (3.2.15) определяются величины рас­ходов сбрасываемых сточных вод - , концентрации веществ в сточных водах –  и ПДС веществ на выпусках сточных вод - .

V. РАСЧЕТ ПДС ДЛЯ ПРИБРЕЖНЫХ ЗОН МОРЕЙ

5.1. Расчет величин ПДС для отдельных выпусков

5.1.1.  Расчет ПДС веществ для выпусков сточных вод в море производится в тех случаях, когда Правилами охраны поверхност­ных вод допускается отведение сточных вод в морскую среду, при этом величины ПДС определяются в соответствии с п.3.1.1 по при­веденным ниже формулам.

5.1.2. Выпуск, удаленный от других выпусков на расстояние бо­лее 5 км вдоль линии берега, может рассматриваться как отдельный (изолированный выпуск).

5.1.3.  С учетом разбавления сточных вод в морских водах кон­центрация вещества в сточных водах , определяется по формуле:

                                            (5.1.1)

где:  - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в морской воде, отвечающая лимитируемому виду водопользования, г/м3;

 - кратность общего разбавления сточных вод в море при их переносе течением от места выпуска до ближайшей границы морс­ких районов водопользования, определяемых пп. 3.9, 3.10 и 4.6 пра­вил [ 4 ];

 - фоновая концентрация вещества, характеризующая степень загрязнения морской воды данным веществом вне зоны влияния выпуска сточных вод (на расстоянии более 5 км от выпуска), г/м3.

5.1.4. Кратность общего разбавления  определяется по формуле (3.1.3) и зависит от гидрологических условий района размещения выпуска сточных вод и его конструктивных характеристик. Поэтому при установлении ПДС следует учитывать возможность оптимиза­ции конструкции оголовка и места выпуска сточных вод для умень­шения затрат на очистку сточных вод.

5.1.5.  Известные методики определения кратности начального разбавления позволяют производить расчет ее значения независимо от типа выпуска (сосредоточенный или рассеивающий), так как кон­струкции выпусков обеспечивают отсутствие взаимного влияния струй сточных вод в зоне начального разбавления.

На процесс перемешивания сточных вод в этой зоне существен­ное влияние оказывают силы плавучести, если плотность сточных вод существенно отличается от плотности морской воды. По этой причине применяют разные методы расчета кратности начального разбавления в зависимости от величины числа Фруда:

                                                   (5.1.2)

где:  - диаметр выпускного отверстия, м;

 - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с;

 - плотность морской воды в месте сброса сточных вод, т/м3;

 - плотность сточной воды, т/м3;

 - скорость истечения сточной воды из выпускного отвер­стия, м/с, вычисляемая по расходу сточных вод:

                                                    (5.1.3)

 - расход сточных вод, м3;

 - число выпускных отверстий оголовка выпуска.

5.1.6. Если сточная вода легче морской ( ) и расчетная величина  удовлетворяет условию:

                                                      (5.1.4)

где:  - расстояние (по вертикали) от выпуска до поверхности моря, м, то кратность начального разбавления, можно определить по формуле Рама-Цедервала:

                                       (5.1.5)

5.1.7. Если сточная вода тяжелее морской ( ) и расчет­ная величина  удовлетворяет условию:

                                                    (5.1.6)

где:  - угол истечения струй сточных вод из выпускного отвер­стия относительно горизонта, расчет кратности начального разбав­ления выполняется по методике Н. Н. Лапшева [10]:

                                           (5.1.7)

Здесь  - параметр, зависящий от угла  и определяемый по табл.5.1.

Таблица 5.1. Значение функции  при различных

углах наклона  оголовка выпуска

1,00

1,17

2,01

1,01

1,23

2,42

1,03

1,31

3,12

1,05

1,42

4,55

1,08

1,55

8,91

1,12

1,74

5.1.8. Если сточная вода легче морской, но не выполняется ус­ловие (5.1.4), или сточная вода тяжелее морской, но не выполняется условие (5.1.6), или же плотность сточной воды равна плотности морской воды в месте сброса, расчет кратности начального разбавле­ния выполняемся методом Н. Н. Лапшева:

                                                  (5.1.8)

где:  - характерная минимальная скорость течения морских вод в месте сброса, м/с;

 - параметр, учитывающий стеснение струи сточных вод при их сбросе на мелководье.

Параметр  определяется следующим способом. Вычисляется сначала диаметр струи сточных вод  в конце зоны начального разбавления по формуле:

                                                 (5.1.9)

Если значение  не превышает глубины моря в месте сброса , то , в противном случае:

                                      (5.1.10)

5.1.9.  При наличии устойчивой стратификации морской среды по плотности для расчета кратности начального разбавления могут использоваться модели, описывающие поведение струи в стратифи­цированной среде [16, 25].

5.1.10.  В любом случае, если расчетная кратность начального разбавления  окажется меньше 1, то для дальнейших вычислений следует принять .

5.1.11.  Расчеты кратности основного разбавления основаны на решении уравнения турбулентной диффузии и могут выполняться численным или аналитическим методами.

Численный метод решения уравнения турбулентной диффузии подробно рассмотрен в работе А.Б. Караушева [14,15]. Расчет крат­ности основного разбавления может также быть проведен с исполь­зованием аналитического решения уравнения турбулентной диффу­зии для сосредоточенного выпуска сточных вод в море [17].

                                                     (5.1.11)

где:                                                  (5.1.12)

                                                 (5.1.13)

                                         (5.1.14)

                                                 (5.1.15)

                          (5.1.16)

где:  - расстояние от выпуска до ближайшей границы района водо­пользования (контрольного створа), м;

 - скорость морского течения, соответствующая неблагопри­ятной гидрологической ситуации, м/с;

 - параметр сопряжения участка двухмерной диффузии с участком трехмерной диффузии, м;

 - соответственно коэффициенты вертикальной и горизон­тальной турбулентной диффузии, м2;

                - средняя глубина моря в месте выпуска, м;

 - длина начального участка разбавления, м;

 - параметр, учитывающий влияние ближайшего берега на кратность основного разбавления;

 - расстояние выпуска от берега, м.

Отличие формул (5.1.11) – (5.1.17) от аналогичных формул (4.1.9) — (4.1.15) связано с тем, что для прибрежной зоны моря по сравнению с водоемами характерна анизотропия коэффициентов турбулентной диффузии. При этом коэффициент горизонтальной диффузии, как правило, существенно больше, чем коэффициент вертикальной тур­булентной диффузии.

В расчетах кратности основного разбавления при отсутствии дан­ных о коэффициентах диффузии для конкретного района располо­жения выпуска следует использовать значение коэффициента гори­зонтальной турбулентной диффузии , определяемое по формуле Л.Д. Пухтяра и Ю.С. Осипова [18]:

                                               (5.1.18)

Значение коэффициента вертикальной турбулентной диффузии можно принимать [19] равным .

Значение  в зависимости от условий п. 5.1.6 – 8 определяется как:

                          (5.1.19)

Формулы (5.1.12 - 5.1.17) применяются, когда перенос сточных вод течением от места сброса до границы района водопользования происходит вдоль берега.

Для расчета кратности основного разбавления при произволь­ном направлении течения используются формулы (5.1.11 - 5.1.17), в которых полагается .

5.1.12. В отличие от водотоков и водоемов для прибрежной зоны моря эффект самоочищения эквивалентен дополнительному разбав­лению сточных вод. Поэтому при расчете неконсервативного веще­ства самоочищение учитывается непосредственно в формуле (5.1.11) для основного разбавления, в правую часть которой добавляется множитель:

                                                           (5.1.20)

где:  - коэффициент неконсервативности вещества, 1/сут;

 - коэффициент перевода секунд в сутки, ;

 - параметр, определяемый по формуле (5.1.16).

5.1.13. В расчетах кратности основного разбавления сточных вод для рассеивающих выпусков необходимо учитывать, что при рас­сеивающем выпуске соседние струи влияют друг на друга в зоне основного разбавления, ослабляя эффект перемешивания [20]. Со­гласно исследованиям Н.Н. Лапшева [10], кратность основного раз­бавления при сбросе сточных вод через линейный рассеивающий выпуск в море при направлении течения перпендикулярно к оси ого­ловка выпуска можно вычислить по формуле:

                                                   (5.1.21)

где:  - длина рассеивающего оголовка выпуска, м.

Если значение , полученное из формулы (5.1.21), окажется меньше 2, кратность основного разбавления при рассеивающем выпуске сточных вод для определения ПДС можно не учитывать, полагая .

5.1.14. Расчет кратности основного разбавления для выпусков сложной конфигурации, например, U-образной, либо при направле­нии течения под произвольным углом к оси оголовка выпуска под­робно рассмотрен в [21].

5.2. Расчет величин ПДС для совокупности выпусков

5.2.1. Совокупностью выпусков сточных вод можно считать вы­пуски, расположенные на расстоянии не более 5 км друг от друга вдоль береговой линии. С учетом конкретных гидрологических усло­вий, расходов сбрасываемых сточных вод необходимость включе­ния конкретного выпуска в совокупность может уточняться на осно­ве расчетов их совместного влияния на качество воды в контрольных створах.

5.2.2.  Реки, впадающие в море, следует рассматривать как бе­реговые выпуски сточных вод. При этом концентрации веществ в устьях рек определяются заранее или описываются уравнением вида (3.2.2), начальное разбавление  принимается равным 1 и длина на­чального участка разбавления - равной 0.

5.2.3.  ПДС для всех выпусков из рассматриваемой совокупнос­ти определяется из решения задачи математического программиро­вания.

Критерий оптимальности – минимум суммарных приведенных затрат на достижение ПДС вида (3.2.1).

5.2.4.  Если удаления выпусков сточных вод от берега моря су­щественно отличаются друг от друга в сравнении с расстояниями между ними, то в качестве неблагоприятных гидрологических ситу­аций принимаются направления морского течения от одного выпус­ка к другому (перенос сточных вод осуществляется по кратчайшему расстоянию от одного выпуска к другому). В качестве контрольных створов рассматриваются створы на расстоянии  от места выпуска до границы водопользования в направлении течений (от одного выпуска к другому). Концентрации веществ в контрольном ство­ре определяются по формуле:

                                                (5.2.1)

где:  - вектор показателей (концентраций веществ), характери­зующих качество воды в контрольном створе , г/м3;

 - вектор фоновых концентраций веществ, определяемых вне зоны влияния выпусков сточных вод (на расстоянии 5 км влево и вправо от района совокупности выпусков вдоль береговой линии), г/м3;

 - вектор максимальных среднечасовых концентраций веществ в сточных водах выпуска i, г/м3;

 - кратность разбавления сточных вод при их переносе от выпуска i до створа , определяется согласно разд. 5.1;

 - множество номеров выпусков, оказывающих влияние на ка­чество воды в створе .

5.2.5. Если удаления выпусков сточных вод от берега моря мало отличаются друг от друга по сравнению с расстояниями между ними, то совокупность выпусков можно рассматривать как ряд выпусков (линейное расположение выпусков), расположенных вдоль берего­вой линии на среднем расстоянии от берега моря, равном:

                                                         (5.2.2)

где:  - удаление выпуска i от берега моря, м;

 - число выпусков сточных вод.

Для этого случая в качестве наиболее неблагоприятной гидроло­гической ситуации принимается направление морского течения вдоль берега (справа-налево и слева-направо вдоль береговой линии). В качестве контрольных створов рассматриваются створы, расположен­ные слева и справа от выпусков на расстоянии  от места выпуска до ближайшей границы района водопользования (  для водо­емов рыбохозяйственного водопользования). Контрольные створы, расположенные правее выпусков, обозначим, как , где М – номер выпуска. Контрольные створы, расположенные левее выпуска, обо­значим, как , где М – номер выпуска. Концентрации в контрольных створах с индексами ,  определяются по формулам:

                                   (5.2.3)

                                  (5.2.4)

где: ,  - вектора фоновых концентраций веществ, определяемых вне зоны влияния выпусков сточных вод на расстоянии 5 км левее первого выпуска сточных вод и на расстоянии 5 км пра­вее выпуска  сточных вод, соответственно (нумерация выпусков слева направо), г/м3;

 - кратность разбавления сточных вод при их переносе от выпуска i до контрольного створа  (для выпусков, расположенных правее контрольного створа );

 - кратность разбавления сточных вод при их переноса от вы­пуска i до контрольного створа  (для выпусков, расположенных левее контрольного створа ). Значения  и  рассчитываются как кратности разбавления отдельных выпусков согласно разд.5.1.

5.2.6. Модель комплекса водоохранных мероприятий при расче­те ПДС веществ в прибрежные зоны морей полностью совпадает с описанной ранее моделью [(3.2.9) - (3.2.11)] комплекса водоохран­ных мероприятий для случая расчета ПДС веществ в водотоки.

5.2.7. В результате решения задачи оптимизации [(3.2.1), (5.2.1), (3.2.8) - (3.2.11)] определяются оптимальные доли расхода сточных вод, проходящие по различным технологическим маршрутам очист­ки и использования . После этого по формулам (3.2.13) - (3.2.15) определяются расходы обрабатываемых сточных вод - , концентрации веществ в сточных водах - и ПДС веществ на выпусках сточных вод - .

VI. РАЗРАБОТКА ПЛАНОВ И ПРОГРАММ ПОЭТАПНОГО ДОСТИЖЕНИЯ ПДС

6.1. Задача разработки планов и программ поэтапного достиже­ния ПДС и осуществления, соответствующих водоохранных мероп­риятий возникает для каждого предприятия-водопользователя, для совокупности предприятий, объединенных по региональному (территориальному) признаку (район, город, область и т.д.) либо по отраслевому (ведомственному) признаку. Особое значение имеет правильная постановка и решение такой задачи для выбора пер­воочередных мероприятий, распределения капитальных вложений при формировании годовых и пятилетних планов для предприя­тий, регионов (районов, городов, областей), отраслей народного хозяйства.

6.2.  Формирование планов мероприятий по поэтапному дости­жению величин ПДС (а, следовательно, и норм качества вод в вод­ном объекте) связано с решением задачи поэтапной реализации во­доохранных мероприятий. Сущность такой задачи заключается в выборе такой очередности ввода водоохранных сооружений и реа­лизации других мероприятий, при которой вначале снижаются наи­большие превышения над установленными ранее значениями ПДС. Естественно, что при этом будут снижаться и наибольшие превыше­ния над величинами ПДК в водном объекте, т.е. первые этапы реали­зации программ связаны с улучшением санитарно-экологического состояния наиболее загрязненных участков водных объектов. Одно­временно при выборе очередности реализации мероприятий учиты­ваются ограничения на капитальные затраты по этапам и затраты на реализацию каждого мероприятия.

6.3. Постановка задачи поэтапной реализации водоохранных ме­роприятий по достижению ПДС формулируется следующим обра­зом. Задано множество предприятий-водопользователей и совокуп­ность целей развития водоохранных мероприятий на каждом пред­приятии – предельно допустимых сбросов, обеспечивающих соблю­дение нормативных требований к качеству воды водных объектов. Для каждого предприятия определен набор (последовательность) водоохранных мероприятий, обеспечивающих достижение ПДС, причем известны как капитальные затраты, так и величины, харак­теризующие эффективность мероприятий (вектор выноса примесей после реализации мероприятий). Заданы величины капитальных зат­рат, выделенных для реализации водоохранных мероприятий на всех предприятиях для нескольких временных периодов, например, пя­тилеток. Необходимо определить: распределение капиталовложений по предприятиям и периодам планирования; набор и очередность реализации водоохранных мероприятий по предприятиям и перио­дам планирования. При этом на каждом этапе требуется миними­зировать критерий, определяющий близость сбросов нормирован­ных веществ к заданным значениям ПДС. Такая постановка задачи эквивалент на постановке задачи определения первоочередных ме­роприятий на каждом временном интервале.

6.4. Реально осуществимые пути развития обусловливаются сле­дующими ограничениями и условиями:

     1) достижением целей программы – величин ПДС, которые рас­считаны и установлены для каждого предприятия и выпуска сточ­ных вод;

     2) реализацией планирования в разрезе отрасли и (или) террито­рии;

     3) рассмотрением процесса развития в динамике;

     4) ограниченными на каждом этапе ресурсами;

     5)  учетом качества сточных вод на выходе каждого объекта на каждом этапе планирования.

Эти условия являются довольно жесткими и их учет в полном объеме затрудняет поиск решения. Поэтому при поэтапном планировании принимаются следующие допущения:

     1) весь интервал планирования  разбит на множество пла­новых этапов . Длительность этапов определяется при­нятой системой планирования;

     2)  достижение установленных ПДС планируется на конец интервала планирования , на промежуточных этапах допуска­ется отклонение от ПДС, при этом уровень достигаемого сброса оптимизируется в рамках отраслей или территориальной структуры комплексных водоохранных мероприятий;

     3)  для каждого предприятия существует конечное множество водоохранных мероприятий, обеспечивающее достижение значений ПДС;

     4) ввод очистных сооружений и других водоохранных меропри­ятий может осуществляться блоками или ступенями очистки.

6.5. Для поэтапного достижения величин ПДС производится раз­работка водоохранных программ, представляющих собой увязанные по ресурсам, исполнителям и срокам осуществления комплексы водоохранных мероприятий, направленных на наиболее эффектив­ное решение проблемы обеспечения нормативного состояния каче­ства вод в водных объектах путем достижения величин ПДС.

6.6.  Для характеристики качества водоохранных программ используются два класса критериев оптимальности - экономичес­ких, характеризующих минимум приведенных затрат при безуслов­ном достижении водоохранных целей, и натуральных, характеризу­ющих степень близости массы выносимых в водный объект приме­сей к заданным величинам ПДС при ограниченных ресурсах, выде­ленных на развитие водоохранных мероприятий.

В основе конструирования критерия оптимальности лежит оп­ределение метрики, характеризующей расстояние в n-мерном про­странстве между двумя точками - решениями задачи. Например, расстояние между  и достигаемыми значениями сброса - . При разработке водоохранных программ могут быть использова­ны следующие критерии:

Ø       приведенный сброс загрязняющих веществ в водный объект, определяемый следующим образом:

                                                     (6.1)

где:  - номер выпуска;

 - номер предприятия;

 - номер вещества (показателя);

 - величина сброса вещества ;

Ø       приведенный сброс с учетом превышений ПДС, имеющий вид:

                                            (6.2)

где:  - предельно допустимый сброс вещества  - на вы­пуске  предприятия ;

 - константа (безразмерная), характеризующая водохозяй­ственный участок [26];

Ø       относительное превышение ПДС по всем предприятиям, вы­пускам, веществам и показателям:

                                                   (6.3)

Ø       взвешенное относительное превышение ПДС:

                                                   (6.4)

где:  - расход сточных вод выпуска  на предприятии ;

Ø       удельная эффективность водоохранных мероприятий:

                                                                     (6.5)

где:  - эффект от реализации водоохранных мероприятий;

 - капиталовложения в рассматриваемое водоохранное мероп­риятие.

Рекомендуется осуществлять выбор очередности реализации во­доохранных мероприятий по критериям . Естественно, что при этом могут быть привлечены другие неформальные факторы для выбора очередности, однако рекомендуемая методика определяет водоохранную программу, базирующуюся на достаточно очевидных экологических и экономических критериях.

6.7.  Расчетная схема. Расчет основных показателей водоохран­ных программ включает в себя несколько последовательных этапов:

     1)  подготовка исходных данных о современных объемах водопотребления и водоотведения, а также составе сточных вод по каж­дому предприятию и выпуску;

     2) подготовка данных об установленных ПДС и технико-эконо­мических характеристиках водоохранных мероприятий по их дос­тижению по каждому выпуску сточных вод;

     3)  расчет эффективности водоохранных мероприятий по одно­му из критериев ( );

     4)  определение последовательности ввода водоохранных мероприятий по критерию ;

     5)  выбор первоочередных водоохранных мероприятий и определение основных технических показателей ввода мощностей водоохранных мероприятий отрасли по этапам планирования.

6.8.  Пример расчета основных показателей водоохранных про­грамм. Имеются два предприятия, каждое из которых имеет по два выпуска сточных вод. По каждому выпуску заданы ПДС и технико-экономические характеристики водоохранных мероприятий, обес­печивающие их достижение (табл. 6.1, 6.2). Период планирования, в течение которого должны быть достигнуты установленные ПДС, разбит на два этапа. Задано распределение по этапам суммарных капитальных вложений на водоохранные мероприятия. Необходимо определить совокупность водоохранных мероприятий, вводимых на каждом этапе планирования.

Как видно из табл.6.1., 6.2., суммарные капиталовложения в во­доохранные мероприятия составляют 6,7 млн. руб. Пусть из них на I этап выделено 3,5 млн. руб. и на 2 этап - 3,2 млн. руб.

Эффективность водоохранных мероприятий будем оценивать по снижению значения критерия 2, который рассчитывается по формуле:

                                                (6.6)

где:  и  - фактическая масса и предельно допустимый сброс примеси  для рассматриваемого выпуска сточных вод, г/с;

 - предельно допустимая концентрация примеси  в ближайшем к выпуску сточных вод контрольном створе, г/м3;

 - безразмерная константа, характеризующая водохозяйствен­ный участок , на котором расположено предприятие.

Величина снижения значения критерия  в результате реализа­ции водоохранного мероприятия, а также удельная эффективность на рубль затрат каждого водоохранного мероприятия ( ) приведены в табл. 6.3. При расчете значений критерия  константа  не учи­тывалась, так как оба предприятия расположены на одном и том же водохозяйственном участке. Предельно допустимые концентрации взвешенных веществ, минерализации и  в ближайшем конт­рольном створе составляли 3,25; 1000 и 3 г/м3, соответственно.

Таблица 6.1. Технико-экономические характеристики водоохранных мероприятий по предприятию I

Наименование

I выпуск

II выпуск

при

фактическом

сбросе

при ПДС

после реализа-ции оборотных циклов

при

фактическом

сбросе

при ПДС

после реализа-ции оборотных циклов

Расход сточных вод, м3

1200

1200

0

4000

4000

0

Затраты, млн. руб.

-

-

2,1

-

-

2,5

Массовые расходы примесей, г/с:

взвешенные вещества

24000

18000

0

194850

70800

0

минерализация

400000

400000

0

5000000

4000000

0

Таблица 6.2. Технико-экономические характеристики по предприятию II

Наименование

I выпуск

II выпуск

при

фактическом

сбросе

при ПДС

после реализа-ции оборотных циклов

при

фактическом

сбросе

при ПДС

после реализа-ции оборотных циклов

Расход сточных вод, м3

2000

2000

2000

400

400

300

Затраты, млн. руб.

-

-

0,7

-

-

1,4

Массовые расходы примесей, г/с:

взвешенные вещества

160000

37000

37000

20000

6000

5000

19000

14000

14000

3000

2000

2000

Таблица 6.3. Эффективность водоохранных мероприятий по критериям  и

№ предприятия

№ выпуска

Значение критерия

Снижение значения критерия

Удельная эффективность мероприятия

до реализации мероприятия

после реализации мероприятия

I

1

1846

0

1846

879

I

2

39169

0

39169

15668

II

1

39515

0

39515

56450

II

2

5000

0

5000

3571

В табл.6.4 представлены результаты ранжирования водоохран­ных мероприятий по критерию  для рассматриваемых предприя­тий. Нарастающим итогом показаны суммарные капиталовложения на реализацию вод сохранных мероприятий.

Таблица 6.4. Рекомендуемая последовательность ввода водоохранных мероприятий по критерию удельной эффективности

№ предприятия

Водоохранное мероприятие

Удельная эф-фективность мероприятия

Снижение значения критерия  после реализации водо-охранного мероприятия

Затраты, млн. руб.

по водоохранному мероприятию

нарастающим итогом

на водоохранное мероприятие

нарастающим итогом

II

Оборотное водоснабжение

56450

39515

39515

0,7

0,7

I

Оборотный

цикл

охлаждения доменных цехов

15668

39668

79183

2,5

3,2

II

Система

доочистки сточных вод прокатного

цеха

3571

5000

84183

1,4

4,6

I

Оборотные циклы

прокатных и мартеновских цехов

879

1846

86029

2,1

6,7

Таким образом, 3,5 млн. руб., выделенных на 1-м этапе, должны быть использованы для реализации 2-го мероприятия на 1-м предприятии (затраты 0,7 млн. руб.) и 1-го мероприятия на 2-м пред­приятии (затраты 2,5 млн. руб.). Остальные мероприятия реализу­ются на 2-м этапе планирования.

VII. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСЧЕТОВ ПДС

7.1. Нормативы качества вод

Нормативы качества вод установлены для следующих видов водопользования:

А. Использование вод для хозяйственно-питьевого и коммуналь­но-бытового водопользования (поверхностные водные объекты). Общие требования к составу и свойствам воды водотоков и водо­емов в местах хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового во­допользования приведены в приложении I Правил охраны поверх­ностных вод.

Требования к концентрациям нормированных веществ в створе водопользования приведены в приложении 2 Правил охраны поверхно­стных вод.

Некоторые общие требования к составу воды и предельно допустимые концентрации наиболее часто встречающихся норми­рованных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и коммуналь­но-бытового водопользования приведены в табл.7.1.

Требования к составу и свойствам морской воды района водо­пользования и первого пояса зоны санитарной охраны и перечень предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и санитарно-бытового водопользования для морской воды приведены в приложе­ниях 1, 2 Правил охраны от загрязнения прибрежных вод морей.

Б. Использование вод для рыбохозяйственных целей (поверхно­стные водные объекты). Общие требования к составу и свойствам воды водотоков и водоемов в местах рыбохозяйственного водополь­зования приведены в приложении I Правил охраны поверхностных вод, предельно допустимые концентрации загрязняющих воду ве­ществ приведены в приложении 3 Правил охраны поверхностных вод, а также в «Дополнительных перечнях предельно допустимых концентраций вредных веществ для рыбохозяйственных водоемов» [6] к приложению 3 Правил охраны поверхностных вод. Дополни­тельные перечни № 1—9 за 1983-1989 гг. утверждены Главрыбводом СССР № 30-II-II).

Некоторые общие требования к составу воды и предельно допустимые концентрации наиболее часто встречающихся нормированных ве­ществ в воде рыбохозяйственных водных объектов приведены в табл.7.2.

Общие требования к составу и свойствам прибрежных вод и мо­рей, используемых для рыбохозяйственных целей, перечень предель­но допустимых концентраций вредных веществ для воды рыбохо­зяйственных водоемов, перечень веществ, вредных для здоровья людей или живых ресурсов моря, сброс которых запрещается, и пре­дельно допустимые концентрации этих веществ в сбрасываемых смесях приведены в приложениях 3, 4, 5 Правил охраны от загрязне­ния прибрежных вод морей.

Таблица 7.1. Некоторые общие требования к составу воды и предельно допустимые концентрации (ПДК) нормированных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового водопользования

Показатель качества воды (наименование вещества)

Допустимое

значение показа­теля (ПДК),

г/м3

Лимитирующий признак вредности

Класс опасности

общеса-
нитарный

санитарно-

токсико-логический

органо-

лепти-

ческий

 1. Взвешенные вещества:
хозяйственно-питьевое

коммунально-бытовое

+0,25

+0,75

(приращение к естественному содержанию)

(приращение к естественному содержанию)

       Для  водоемов,  содержащих в   межень  более  30  г/м3  природных  взвешенных веществ, допускается увеличение их содержания в воде в пределах 5 %, Взвеси со скоростью осаждения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и более 0,2 мм/с для водохранилищ к спуску запрещаются.

2. Растворенный кислород Рк (не менее)

4

-

-

-

-

3.Биохимическое

потребление кислорода (полное при 20 °С),  БПКполн

хозяйственно-питьевое коммунально-бытовое

3

6

-

-

-

-

4. Химическое потребление кислорода (бихроматная окисляемость), ХПК: хозяйственно-питьевое коммунально-бытовое

15

30

-

-

-

-

5. Аммиак (по азоту)

2,0

-

-

-

3

6. Нитрит-ион  

3,3

(1,0)[4]

-

-

-

2

7. Нитрат-ион 

45,0

(10,2)4

-

-

-

3

8 Нефть:

многосернистая

прочая

0,1

0,3

-

-

-

4

4

9. Фенол

0,001

-

-

-

4

10. Алкилсульфаты (группа СПАВ)

0,5

-

-

-

4

11. Алкилсульфонаты (группа СПАВ)

0,5

-

-

-

4

12. Минерализация

1000[5]

-

-

-

-

13. Хлориды  (по )

3505

-

-

-

4

14. Сульфаты (по  )

5005

-

-

-

4

15. Хром   ( )

0,05

-

-

-

3

16. Никель

0,1

-

-

-

3

17. Медь

1,0

-

-

-

3

18. Цинк

1,0

-

-

-

3

19. Железо (включая хлорное железо) по

0,3

-

-

-

3

20. Свинец   ( )

0,03

-

-

-

2

21. Ртуть

0,0005

-

-

-

1

Таблица 7.2. Некоторые общие требования к составу воды и предельно допустимые концентрации (ПДК) нормированных веществ в воде рыбохозяйственных водных объектов (I категория - сохранение и воспроизводство ценных видов рыб, II категория - все другие рыбохозяйственные цели)

Показатель качества воды (наименование вещества)

Допустимое

значение показа­теля (ПДК),

         г/м3

Лимитирующий признак вредности

общеса-
нитарный

токсико-
логичес-
кий

санитарно-

токсико-логический

органо-

лепти-

ческий

Рыбо-
хозяйст-венный

 1. Взвешенные вещества:
хозяйственно-питьевое

коммунально-бытовое

+0,25

+0,75

(приращение к естественному содержанию)

(приращение к естественному содержанию)

       Для  водоемов,  содержащих в   межень  более  30  г/м3  природных  взвешенных веществ, допускается увеличение их содержания в воде в пределах 5 %, Взвеси со скоростью осаждения более 0,4 мм/с для проточных водоемов и более 0,2 мм/с для водохранилищ к спуску запрещаются.

2. Растворенный кислород:

I категория водопользования

летом не менее

зимой не менее

II категория водопользования

летом не менее

зимой не менее

6

6

6

4

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

3.Биохимическое

потребление кислорода (полное при 20 °С),  БПКполн

3

-

-

-

-

-

4. Химическое потребление кислорода (бихроматная окисляемость), ХПК:

не установлено

5. Аммоний солевой ( )

0,5

(0,39)[6]

-

-

-

-

-

6. Нитрит-ион  

0,08

(0,02)6

-

-

-

-

-

7. Нитрат-ион 

40,0

(9,1)6

-

-

-

-

-

8 Нефтепродукты

0,05

-

-

-

-

+

9. Фенол

0,001

-

-

-

-

-

10. Алкилсульфат первичный (группа СПАВ)

0,2

-

-

-

-

-

11. Алкилсульфонаты

(группа СПАВ)

0,5

-

-

+

-

-

12. Минерализация

1000

-

-

-

-

-

13. Хлориды  (по )

300

-

-

+

-

-

14. Сульфаты (по  )

100

-

-

+

-

-

15. Хром   ( )

0,001

-

-

+

-

-

16. Никель ( )

0,01

-

+

-

-

-

17. Медь   ( )

+0,001 (приращение к природному фону)

-

+

-

-

-

18. Цинк  ( )

0,01

-

+

-

-

-

19. Железо ( )

0,005

-

+

-

-

-

20. Свинец   ( )

0,1

-

+

-

-

-

21. Ртуть ( )

Отс.

-

+

-

-

-

7.2. Расчетные условия

7.2.1.  Расчетные условия для определения ПДС веществ и реа­лизующих их водоохранных мероприятий в речном бассейне включают:

Ø       гидрографические и морфометрические характеристики рек, рас­четные гидрологические, гидравлические и гидрохимические характе­ристики речного стока в контрольных и расчетных (фоновых, устьевых и т.п.) створах, характеристики самоочищения рек бассейна;

Ø       расчетные количественные и качественные характеристики ос­новных генетических составивших речного стока, формирующихся на участках между смежными по течению створами: подземного питания (стока) рек, поверхностного стока с промышленно-селитебных (застроенных), сельскохозяйственных (пахотных) и естествен­ных (непахотных) территорий водосбора;

Ø       заданные или расчетные значения характеристик водозаборов, расходов и состава сбрасываемых сточных вод, сработки водохра­нилищ, перебросок стока, откачки подземных вод и т.п.;

Ø       характеристики размещения пунктов водопользования и дру­гих хозяйственных воздействий на сток по гидрографической сети, требования водопользователей к качеству воды;

Ø       технико-экономические характеристики реализованных и воз­можных водоохранных мероприятий.

7.2.2.  Основные требования при выборе расчетных условий:

Ø       расчетные условия должны назначаться исходя из требований реальных водопользователей к состоянию рек (расходам, качеству воды и их режиму) в контрольных створах или на участках между ними;

Ø       расчетные характеристики речного стока, его генетических со­ставляющих и влияющей на реки хозяйственной деятельности вви­ду асинхронности их изменений должны рассматриваться совмеще­ние во времени и по условиям водности года;

Ø       расчетные значения речного стока, его генетических составля­ющих и влияния хозяйственной деятельности должны быть сбалан­сированы по течению реки, что достигается при максимальной дета­лизации их рассмотрения;

Ø       расчетное качество воды в фоновых и контрольных створах долж­но определяться для условий нормализованных (т.е. достижимых на ти­повых или уже реализованных передовых водоохранных сооружениях) характеристик сбрасываемых сточных вод, чтобы исключить не­оптимальное использование ассимилирующей способности рек из-за от­сутствия или неудовлетворительной работы водоохранных сооружений;

Ø       лимитирующие расчетные условия рек должны соответство­вать совмещенным во времени значениям их количественных и ка­чественных характеристик с учетом влияния хозяйственной деятель­ности, формирующим лимитирующие величины ассимилирующей способности рек по отдельным нормированным веществам или их группам на участках между контрольными створами; допускается при надлежащем обосновании определять лимитирующие расчет­ные условия рек бассейна по результатам расчетов для наиболее не­благоприятных сезонов (зимнего, летнего и, в ряде случаев, осенне­го) маловодного года с учетом рассмотрения, при необходимости, лет более высокой расчетной водности;

Ø       расчетные условия для проектирования водоохранного сооружения должны соответствовать наиболее неблагоприятным значениям прогнозных характеристик реки, принимающей сточные вода, за период эксплуатации данного сооружения.

7.2.3. Для стандартизации процедуры выбора расчетных условий, формирующих лимитирующие величины ассимилирующей способно­сти рек бассейна, необходимо применять следующие регламенты оп­ределения отдельных характеристик рек и хозяйственных факторов:

а) расходы забираемой воды и сбрасываемых сточных вод - мак­симальные часовые по лимитирующим сезонам года за период дей­ствия устанавливаемых ПДС веществ;

б)  составы сбрасываемых сточных вод - соответствующие до­стижимым на типовых или уже реализованных передовых водоох­ранных сооружениях;

в)  расходы воды рек на незарегулированных (необводняемых) участках - расчетные среднемесячные года 95%-ной обеспеченнос­ти с учетом влияния хозяйственной деятельности (допускается при надлежащем обосновании ограничиваться рассмотрением расчетных минимальных среднемесячных расходов по лимитирующим сезонам года 95%-ной обеспеченности);

г) расходы воды рек на зарегулированных (обводняемых) участ­ках - равные установленным гарантированным попускам (переброс­кам) воды с учетом влияния хозяйственной деятельности (не ниже расчетных минимальных среднемесячных расходов по лимитирую­щим сезонам года 95%-ной обеспеченности);

д)  фоновое качество воды рек - расчетное для условий приня­тых расчетных расходов воды по лимитирующим сезонам года, со­ответствующих им расчетных характеристик подземного и поверх­ностного стока, водозаборов, гидротехнических мероприятий, а так­же расходов и составов сточных вод, достижимых на типовых или уже реализованных передовых водоохранных сооружениях;

е) расстояния до створов - по фарватеру в километрах;

ж) скорости течения, морфометрические характеристики, коэф­фициенты смешения и неконсервативности - осредненные для уча­стков рек между смежными по течению створами при принятых рас­четных расходах воды по лимитирующим сезонам года; при отсут­ствии данных о значениях коэффициентов неконсервативности для рассматриваемых рек, их значения могут быть приняты по справочной литературе [14], для некоторых наиболее часто встречающихся расчетных показателей значения коэффициентов неконсервативнос­ти приведены в табл.7.3;

з) величины поверхностного стока — соответствующие расчет­ным приращениям поверхностной составляющей стока рек на учас­тках между смежными по течению створами при принятых расчет­ных расходах воды по лимитирующим сезонам года;

и) величины (количество) атмосферных осадков - наблюденные месячные на участках водосборов между смежными створами гид­ропостов, совмещенные во времени с наблюденными среднемесяч­ными расходами рек, близкими к принятым расчетным по лимити­рующим сезонам года;

к) величины поверхностного стока с застроенных территорий - расчетные с учетом их площадей, принятых величин осадков и ко­эффициентов стока;

л) величины поверхностного стока с сельскохозяйственных (па­хотных) и естественных (непахотных) территорий - соответствую­щие приращениям поверхностной составляющей стока рек (за вы­четом расходов поверхностного стока с застроенных территорий) на участках между смежными по течению створами с учетом соотноше­ний коэффициентов стока с данных типов территорий и их площадей;

м) составы поверхностного дождевого стока с застроенных тер­риторий - расчетные в стоке дождевых вод при значениях периода однократного превышения расчетной интенсивности дождя в пре­делах от 0,05 до 0,1 года;

н) составы поверхностного дождевого стока с сельскохозяйственных и естественных территорий - расчетные по сезонам года в жидком и твер­дом стеке максимальных дождевых паводков 25%-ной обеспеченности;

Таблица 7.3. Коэффициенты неконсервативности (скорости разложения) веществ при температуре 20°С для основания натуральных логарифмов

Вещество (показатель)

Значение коэффициента, 1/сут

По С.Н. Черкинскому

по «Справочнику

проектировщика

канализации

населенных мест и

промышленных

предприятий»

по данным ВНИИВО

1. БПК20

0,23

-

-

2. Азот аммонийный

-

0,069

0,069 - 0,207

3. Азот нитритов

-

10,8

0,190-10,8

4. Азот нитратов[7]

-

-

0,112-0,46

5. Растворенный кислород[8]

0,46

0,35-1,8

0,27 - 0,46

6. Нефтепродукты

-

0,043

-

7. Фенол

-

0,320

-

8. СПАВ

-

0,045

-

     о) величины подземного стока - соответствующие расчетным приращениям подземной составляющей стока рек на участках меж­ду смежными по течению створами при принятых расчетных расхо­дах воды по лимитирующим сезонам года;

     п) величины дренажного стока - расчетные максимальные средне­месячные по лимитирующим сезонам года 95%-ной обеспеченности;

     р) концентрации веществ в дренажных водах - максимальные среднемесячные по лимитирующим сезонам года при расчетных ве­личинах дренажного стока.

7.2.4.  Выбор расчетных условий для водоемов производится с применением регламентов, аналогичных применяемым для рек и специфичных для водоемов.

К специфичным относятся:

а) объемы и уровни воды в водоеме - расчетные минимальные среднемесячные по лимитирующим сезонам года 95%-ной обеспеченности;

б) величины поверхностного и подземного стока с водосбора - соответствующие расчетным модулям составляющих стока рек, впадающих в водоем, или рек-аналогов при минимальных средне­месячных расходах воды по лимитирующим сезонам года 95%-ной обеспеченности;

в)  скорость водообмена водоема - расчетная для условий лет 95%-ной обеспеченности;

г) частоты и скорости ветров вдоль берегового и нормального к берегу направлений, характеристики подледного течения воды;

д) время добегания до контрольного створа - расчетное по крат­чайшему расстоянию при максимальной скорости переноса водных масс (с учетом влияния ветра);

е) ассимилирующая способность водоема - расчетная при мак­симальной стратификации водных масс, минимальных коэффици­ентах смешения и коэффициентах неконсервативности веществ по лимитирующим сезонам года 95%-ной обеспеченности.

7.2.5. В качестве расчетных условий для прибрежных вод морей принимают:

а) гидрологические и гидрохимические данные водного объекта для наименее благоприятного периода;

б)  санитарные показатели состава и свойств воды в период ее наиболее интенсивного использования;

в)  фоновую концентрацию нормированного вещества, опреде­ляемую вне зоны влияния выпуска (на расстоянии более 5 км от вы­пуска) как среднеарифметическое значение концентрации нормиро­ванного вещества для наименее благоприятного периода;

г) характерную минимальную скорость морского течения, соот­ветствующую среднемесячной 95%-ной обеспеченности.

7.3. Технико-экономические характеристики водоохранных ме­роприятий

7.3.1. Технико-экономические характеристики водоохранных ме­роприятий представляют собой совокупность данных, определяю­щих соотношение между производительностью водоохранных со­оружений, снижением величин сброса нормированных веществ, по­ступающих в водные объекты, и затратами - капитальными, эксплу­атационными, приведенными. Такие данные могут быть представ­лены в виде таблиц, графиков, аналитических зависимостей и т.п.

В качестве аргумента для определения эффективности водоох­ранных мероприятий выбираются характерные показатели: расход сточных вод, объем выпускаемой продукции и т.п.

7.3.2.  С целью упорядочения совокупности технико-экономиче­ских характеристик водоохранных мероприятий целесообразно сгруппировать их по трем уровням:

  • типовая технология водоохраны (ТТВ) - широко применяемая в настоящее время технология в соответствии с типовыми проекта­ми и их реальным воплощением. Для систем «Обработка и утилиза­ция отходов» ТТВ - это современная технология очистки сточных вод, технология оборотного и повторного использования воды для технического водоснабжения;
  • наилучшая возможная технология водоохраны (НТВ) - это тех­нология, ведущая к кардинальному решению проблемы охраны вод, т.е. ведущая к полному прекращению сбросов, либо такая, при кото­рой состав сбрасываемых сточных вод соответствует нормам ПДК.

Для систем «Обработка и утилизация отходов» уровень НТВ - это беспродувочные системы оборотного водоснабжения с полной ути­лизацией осадка; системы многоступенчатой доочистки сточных вод с использованием процессов адсорбции на угольных фильтрах и т.п.;

  • передовая технология водоохраны (ПТВ) - занимает промежу­точный этап между ТТВ и НТВ, представляет собой новый шаг в раз­витии техники и технологии охраны вод по сравнению с ТТВ.

Совокупность параметров технических средств и технологий производства, включающих технико-экономические показатели эф­фективности производства, обработки и утилизации отходов, состав­ляет информационную основу выбора оптимальной программы раз­вития техники и технологии для достижения ПДС.

7.3.3.  Конкретные данные о технико-экономических характери­стиках водоохранных мероприятий могут быть определены путем анализа существующих водоохранных сооружений, либо их проек­тов в привязке к типам производств, отраслям. Наряду с этим такие характеристики могут быть получены из специальных разработок ВНИИВО по созданию информационной базы технико-экономиче­ских характеристик водоохранных мероприятий (ТЭХ ВМ), для раз­личных отраслей народного хозяйства [29-32].

7.3.4. Ниже рассматривается пример ТЭХ ВМ для сооружений по очистке городских сточных вод.

При подготовке ТЭХ ВМ определены следующие характеристи­ки ТТВ, ПТВ и НТВ.

К типовой технологии водоохраны (ТТВ) отнесены три способа очистки сточных вод: полная биологическая очистка - ПБО (101); полная биологическая очистка с симультанным осаждением для улучшения очистки по фосфору - ПБОС (102); полная биологичес­кая очистка с нитрификацией-денитрификацией для улучшения очи­стки по примесям азотной группы - ПБСН (103).

Передовая технология водоохраны (ПТВ) предусматривает сле­дующие варианты обработки (дополнительно к типовой): фильтро­вание на зернистых фильтрах (201); фильтрование на зернистых фильтрах с обработкой в аэрируемых биопрудах (202); флотацию (203); флотацию с обработкой в биопрудах (204); коагуляцию, отдувку аммиака в градирнях десорбции с фильтрованием на зернис­тых фильтрах (205); фильтрование на зернистых фильтрах и обра­ботку в ионообменных колоннах с клиноптилолитом (206).

Наилучшая технология водоохраны (НТВ) предусматривает два способа обработки сточных вод: адсорбцию на угольных фильтрах после очистки по варианту 205 (301); адсорбцию после очистки по варианту 206 (302).

Приведем фрагменты данных по трем технологиям 101, 201, 202 (см. таблицы 7.4, 7.5). Совокупность подобных данных позволяет осуществлять расчет ПДС, определяя одновременно главные техни­ко-экономические характеристики водоохранных сооружений, обес­печивающих достижение ПДС.

Таблица 7.4. Показатели эффективности очистки по ТТВ (фрагмент)

Показатели

состава сточных вод

С0

Технологическая схема очистки

101

201

202

С

б

С

б

С

б

Взвешенные вещества

250

12

0,95

6

0,976

6

0,976

БПКполн

250

15

0,94

7,5

0,97

5

0,98

Растворенный кислород

0

4

-

6

-

8

-

Азот аммонийный

16

8

0,50

7,2

0,55

2,14

0,866

Азот нитритный

0

0,1

-

0,1

-

0,1

-

Азот нитратный

0

1

-

1,5

-

7,5

-

Фосфор

15

7,5

0,5

7

0,533

1,0

0,933

Нефтепродукты

25

2,5

0,90

1,75

0,93

1,0

0,96

СПАВ

20

4

0,80

4

0,80

1,5

0,925

Минерализация

1000

1000

0

1000

0

1000

0

Хлориды

300

300

0

300

0

300

0

Сульфаты

100

100

0

100

0

100

0

Хром трехвалентный

2,5

0,5

0,80

0,5

0,80

0,4

0,84

Никель

0,5

0,25

0,5

0,25

0,5

0,2

0,60

Медь

0,5

0,1

0,8

0,1

0,8

0,08

0,84

Цинк

1,0

0,3

0,70

0,3

0,70

0,24

0,76

Свинец

0,1

0,05

0,50

0,05

0,50

0,04

0,60

Условные обозначения: С0 - значение показателя состава сточных вод на входе в комплекс очистных сооружений, г/м3; С - то же на выходе, г/м3; б - степень очистки.

Таблица 7.5 Производительность очистных сооружений и затрат на очистку сточных вод по ТТВ и ПТВ (фрагмент)

Производительность

очистных

сооружений, тыс.

м3/сут

Технологическая схема очистки

101

201

202

Удельные

капитальные

затраты,

Удельные

эксплуатационные

затраты,

Удельные

капитальные

затраты,

Удельные

эксплуатационные

затраты,

Удельные

капитальные

затраты,

Удельные

эксплуатационные

затраты,

25-32

0,353

0,04996

0,425

0,0546

0,466

0,0568

32-40

0,310

0,04614

0,384

0,0505

0,411

0,0525

40-50

0,268

0,04260

0,323

0,0468

0,353

0,0485

50-64

0,252

0,03905

0,299

0,0429

0,329

0,0445

64-80

0,230

0,03607

0,268

0,0397

0,296

0,0412

80-100

0,197

0,03330

0,237

0,0367

0,260

0,0381

100-130

0,173

0,03035

0,205

0,0335

0,227

0,0347

130-150

0,164

0,02883

0,197

0,0319

0,216

0,0330

150-160

0,159

0,02819

0,189

0,0312

0,208

0,0323

160-220

0,144

0,02517

0,173

0,0279

0,189

0,0289

Примечание.

Для приведения к ценам 1984 г. необходимо удельные капитальные затраты умножить на 1,21.

VIII. УСЛОВИЯ СБРОСА СТОЧНЫХ ВОД НА ГОРОДСКИЕ ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

8.1.  С целью достижения величин ПДС, обеспечения надежной работы городских очистных сооружений и сетей канализации про­изводственные управления водопроводно-канализационного хозяй­ства (ПУВКХ) обязаны разрабатывать «Условия приема сточных вод промпредприятий в городскую канализационную сеть». Общие под­ходы и требования к разработке условий сброса и приема сточных вод содержатся в специализированных нормативных документах [27, 28]. Однако эти документы не содержат рекомендаций по увязке рас­четов ограничений на сброс сточных вод на городские очистные сооружения с расчетами ПДС. Аналогичная проблема возникает при расчете ПДС и разработке планов мероприятий по их достижению на промышленных предприятиях, где имеются локальные и центра­лизованные очистные сооружения. Ниже излагаются рекомендации по расчету условий сброса сточных вод на городские (централизо­ванные) очистные сооружения с учетом [27, 28].

8.2. В соответствии с [27,28] Условия приема сточных вод опре­деляют порядок пользования промышленных предприятий услуга­ми городской канализации, устанавливая взаимные права и обязан­ности промпредприятий и ПУВКХ, регламентируют допустимые величины показателей (ДВП) качества сточных вод, поступающих в городскую канализацию от промпредприятий и порядок расчета до­левого участия промпредприятий в эксплуатационных затратах канализационных хозяйств и в капитальных вложениях на их восста­новление и развитие.

8.3.  Все положения Условий приема сточных вод должны учи­тываться при разработке проектов новых и реконструкции действу­ющих промпредприятий и систем канализации населенных пунктов, а также при проектировании и строительстве городов и поселков городского типа.

8.4. Условия приема сточных вод разрабатываются ПУВКХ горо­да самостоятельно или по его заказу научно-исследовательской или проектной организацией, временным творческим коллективом и со­гласовываются с соответствующими природоохранными органами.

Условия приема сточных вод утверждаются исполкомом мест­ного совета народных депутатов.

8.5.  Сточные воды промышленных предприятий могут быть приняты в городскую канализацию, если показатели их состава и свойств, а также режим сброса удовлетворяют Условиям приема сточ­ных вод промпредприятий в городскую канализационную сеть.

8.6.  Условия приема сточных вод состоят из следующих разде­лов:

1) исходные положения;

2) общие положения;

3) допустимые величины показателей (ДВП) состава и свойств, а также режима сброса сточных вод;

4)  экономические обязательства промпредприятий по отноше­нию к предприятию канализационного хозяйства.

8.7.  Раздел I «Исходные положения» включает всю исходную информацию, на основании которой разрабатываются Условия при­ема сточных вод. К этой информации относятся:

Ø       наименования и адреса предприятий, а также министерств (ве­домств), которым они подчинены;

Ø       схема сети канализации города с указанием мест подключения выпусков сточных вод промпредприятий;

Ø       информация о параметрах водоотведения промпредприятий (собирается с помощью анкеты, форма которой представлена в приложении I).

Кроме этого, в исходной информации отражаются:

Ø       величины ПДС в водные объекты после городских очистных сооружений;

Ø       общий объем водоотведения (с разделением на хозбытовое и промышленное);

Ø       место расположения сливных станций и их пропускная способ­ность;

Ø       расположение жилых массивов и расчетный расход сточных вод от них.

На схеме сети канализации указываются насосные станции и длина напорных трубопроводов и дюкеров.

Если промпредприятия планируют изменить состав и свойства сточных вод, их общее количество или режим сброса, то приводится анкета планируемых показателей с указанием периода, в течение которого ожидается их неизменность.

В «Исходных положениях» указывается и период действия Ус­ловия приема сточных вод, который устанавливается равным перио­ду прогнозирования показателей состава и свойств сточных вод пром­предприятия и режима их сброса. Если при заполнении анкеты о составе и свойствах сточных вод предприятие не показало наличия какого-либо вещества, то соответствующий допустимый показатель устанавливается равным его величине для воды хозяйственно-пить­евого водопровода.

Для разработки Условий приема сточных вод промпредприятия передают ПУВКХ всю указанную информацию, подписанную руко­водителем предприятия, который несет ответственность за ее досто­верность.

Анализ проб сточных вод проводится химической лаборатори­ей промпредприятия либо природоохранными или санитарными органами при обязательном лабораторном контроле со стороны ПУВКХ.

8.8. Раздел 2 «Общие положения» описывает общие для всех на­селенных мест ограничения на состав и свойства сточных вод промпредприятий. В этом разделе в обязательном порядке должны быть учтены ограничения на сброс горючих примесей, веществ, для кото­рых не установлены предельно допустимые концентрации (ПДК), опасных бактериальных, токсических и радиоактивных примесей, концентрированных маточных и кубовых растворов, нормативно чистых, дренажных, поливомоечных, дождевых вод (при полной раздельной системе канализации), а также другие ограничения, ука­занные в [27, 28].

8.9.  Раздел 3 - «Допустимые величины показателей (ДВП) со­става и свойств сточных вод и режима их сброса» - устанавливает ограничения на величины качественных характеристик промышлен­ных сточных вод при их сбросе в канализационную сеть.

К показателям состава и свойств сточных вод, ограничиваемым Условиями приема сточных вод, относятся: величины БПК5, темпера­туры, рН, а также концентрации веществ, которые загрязняют вод­ные объекты, разрушающе действуют на сети и сооружения канали­зации, ухудшают условия очистки сточных вод на городских очист­ных сооружениях.

Перечень этих ДВП состава и свойств сточных вод в канализа­ционных сетях и водных объектах приведен в [27].

8.10. Методика расчета допустимых величин показателей (ДВП) состава и свойств промышленных сточных вод, отводимых в кана­лизацию, состоит в следующем[9].

В первую очередь определяется ограничение концентрации загрязняющих веществ при поступлении на очистные сооружения исходя из требований ПДС по формуле:

                                                           (8.1)

где:  - ограничение на концентрацию вещества перед городскими очистными сооружениями, исходя из требований ПДС в водный объект, г/м3;

- допустимая концентрация вещества i  в воде, сбра­сываемой после очистки в водный объект, г/м3;

 - степень очистки по веществу i на городских очистных со­оружениях.

Затем выбирается минимальное ограничение из двух величин:  и  - ограничение на концентрацию вещества i, выбираемое исходя из требований бесперебойной работы город­ских очистных сооружений по данным [27]. Минимальная из этих двух величин принимается за допустимую величину концентрации вещества i при поступлении на очистные сооружения ( ), т .е.

                                             (8.2)

После вычисления указанного ограничения проводится расчет фактической концентрации вещества i перед очистными сооруже­ниями ( ):

                                                    (8.3)

где:  - концентрация вещества i в сточных водах предприя­тия j, г/м3 (выбирается из анкеты предприятий);

 - объем сточных вод, сбрасываемый предприятием j, м3/сут.;

 - концентрация вещества i в бытовых сточных водах, г/м3 (принимается либо по результатам анализа бытовых сточных вод, либо по данным АКХ им. Памфилова К.Д., отраженных в табл. 8.1, 8.2);

 - объем бытовых сточных вод в городе. Если окажется, что:

                                                      (8.4)

то можно принимать в качестве допустимых те концентрации вещества i, которые фактически существуют в сбрасываемых пред­приятиями сточных водах.

Таблица 8.1. Наиболее вероятные показатели концентраций примесей в бытовых сточных водах (по данным НИИКВиОВ АКХ им. Памфилова)

Наименование вещества, i

Возможные концентрации, , г/м3

Примечание

Алюминий

0,5

Азот аммонийный

18-20

Железо

1-2

Жиры

30-50

Медь

0,01 – 0,03

СПАВ

5-8

Сульфаты

80-100

Исходя из состава водопроводной воды

Хлориды

40-60

Цинк

0,02-0,03

Таблица 8.2. Содержание примесей в бытовых сточных водах на одного жителя (по данным СНиП 2.04.03-85 п.6.4)

Наименование показателей i

Величина показателя ( ) , г/сут.чел.

Примечание

БПК5

54

Расчет показателя ведется по формуле:

где: Н - норма водоотведения, м3/сут. чел.

БПКполн

75

Взвешенные вещества

65

Азот аммонийных солей

8

Фосфаты ( )

3,3

Хлориды

9

ПАВ

2,5

Если окажется, что:

                                                            (8.5)

то производятся следующие действия:

Ø       все предприятия ранжируются по мере убывания концентра­ции вещества i в сточных водах так, что первый номер получает то предприятие, где  максимально;

Ø       затем с заданным шагом  снижают концентрацию вещества i, каждый раз рассчитывая  по формуле (8.3) и проверяя выпол­нение неравенства (8.4);

Ø       если неравенство (8.4) не выполняется, а концентрация ве­щества i в сточных водах первого в ранжированном ряду предприя­тия снижена до концентрации в сточных водах следующего предприя­тия, то затем с тем же шагом  снижается концентрация вещества i для сточных вод первого и второго в ранжированном ряду предприя­тий и т.д. до тех пор, пока неравенство (8.4) не будет выполнено.

Установленные при этом концентрации вещества i принимают­ся за допустимые ограничения.

8.11. На следующем этапе выполняется расчет для показателей, ограничиваемых не только в водном объекте и перед очистными сооружениями, но и в канализационной сети.

В настоящее время известно, что пять показателей сточных вод должны быть ограничены в любой точке сети канализации, посколь­ку они характеризуют степень воздействия воды на коллекторы и сооружения. К этим показателям относятся: величина БПК5, концен­трация сульфатов, сульфидов, жиров и нефтепродуктов. Для этих показателей процедура установления ограничений усложняется.

Рассматривается граф, отражающий канализационную сеть. Затем в каждом узле графа сети, начиная с его вершин, проводится расчет средневзвешенной концентрации вещества i по формуле (8.3).

Затем проверяется выполнение неравенства:

                                                                 (8.6)

где:  - величина ограничения показателя i в сети канализа­ции, г/м3.

Если неравенство (8.6) не выполняется, то аналогично описан­ной выше процедуре осуществляется ранжирование и снижение кон­центраций вещества i в сточных водах тех предприятий, которые сбрасывают их в анализируемый узел сети.

После достижения выполнения неравенства (8.6) осуществляет­ся процедура снижения концентрации с целью выполнения неравен­ства (8.4).

8.12. Расчет допустимого уровня концентрации сульфидов в сточ­ных водах промпредприятий.

Концентрация сульфидов в сточных водах определяет интенсив­ность газовой коррозии бетона коллекторов, поэтому она не должна превышать 3 г/м3 в любой точке канализационной сети. Однако изве­стно, что концентрация сульфидов возрастает при прохождении воды через напорные трубопроводы и дюкеры. При наличии указанных эле­ментов сети в первую очередь следует определить ограничения на концентрацию сульфидов перед напорным трубопроводом (дюкером) с тем, чтобы в конце его концентрация не превышала 3 г/м3.

Увеличение концентрации сульфидов в напорных элементах, описывается уравнением:

                                                       (8.7)

где:  - концентрация сульфидов в начале напорного элемента, г/м3;

 - концентрация сульфидов в конце напорного элемента, г/м3;  - длина напорного трубопровода (дюкера), км.

Отсюда ограничение на концентрацию сульфидов в городских сточ­ных водах перед напорным элементом сети рассчитывается по формуле:

                                                          (8.8)

После определения ограничений концентрации сульфидов в городских сточных водах в различных точках сети повторяется про­цедура снижения концентрации, описанная выше.

8.13. Приведенная выше схема расчетов может быть реализова­на с использованием ЭКВМ, либо программы на ЭВМ, разработан­ной в институте «УкркоммунНИИпроект». Язык программирования - ПЛ/1, ЭВМ ЕС-1022, операционная среда - ОС ЕС.

Приложение 1

Рекомендуемое

ФОРМЫ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ И УТВЕРЖДЕНИЯ ПДС

Форма П 1.1

Лист 1 Всего листов ____

УТВЕРЖДАЮ________________________________________________________________

(должностное лицо органов по охране природы системы Госкомприроды СССР)

м.п.   «_____»______________19_____г.                        _____________________

(подпись)

СОГЛАСОВАНО______________________________________________________________

(должностное лицо органов санитарно-эпидемиологической службы Минздрава СССР)

м.п. «_____»______________ 19_____г.                         _____________________

(подпись)

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ СБРОСЫ (ПДС) ВЕЩЕСТВ,

ПОСТУПАЮЩИХ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ СО СТОЧНЫМИ

ВОДАМИ ПРЕДПРИЯТИЯ, ОРГАНИЗАЦИИ, УЧРЕЖДЕНИЯ

1.____________________________________________________________________________

(наименование органа, утвердившего ПДС)

2. ПДС утверждены «____» ____________19____г.  на срок до «____»____________19___г

Реквизиты водопользователя:

3. Наименование_______________________________________________________________

4. Главное управление, объединение______________________________________________

5. Министерство, ведомство_____________________________________________________

6. Республика, область, район____________________________________________________

7. Почтовый адрес водопользователя, фамилия, инициалы и те­лефон должностного лица, ответственного за водопользование, дол­жность_____________________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. ПДС утверждены и согласованы для__________выпусков сточ­ных вод (схема выпусков прилагается)                                                                  (количество)

9.  Наименование и адрес организации, разработавшей проект ПДС

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лист 2                                                                                                                           Форма П 1.2

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЙ СБРОС (ПДС) ВЕЩЕСТВ,

ПОСТУПАЮЩИХ В ВОДНЫЙ ОБЪЕКТ СО СТОЧНЫМИ

ВОДАМИ ПО ВЫПУСКАМ

1.  Предприятие, организация, учреждение_________________________________________

2. Выпуск_______________________Категория сточных вод__________________________

      (согласно прилагаемой схеме)

3. Наименование водного объекта, принимающего сточные воды______________________

4. Категория водопользования____________________________________________________

5. Фактический расход сточных вод________________тыс. м3/год, _________________м3

6. Утвержденный расход сточных вод для установления ПДС_____________________м3

7. Утвержденный предельно допустимый сброс и состав сточных вод (сброс веществ, не указанных ниже, запрещен)

Показатели состава сточных вод

Фактическая

концентрация,

г/м3

Фактический

сброс,

г/ч

Допустимая

концентрация,

г/м3

Утвержденный

предельно

допустимый сброс, г/ч

1 .Взвешенные вещества

2. Органические вещества

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

8. Утвержденные свойства сточных вод:

1) плавающие примеси (вещества)________________________________________________

2) окраска____________________________________________________________________

3) запахи, привкусы____________________________________________________________

4) температура °С______________________________________________________________

5) показатель рН _______________________________________________________________

6) коли-индекс_________________________________________________________________

7) растворенный кислород ______________________________________________________

Подпись должностного лица, ответственного за водопользование

«____»_______________19______г.                                                       ____________________

                                                                                              (подпись)

Форма П 1.3

СОГЛАСОВАНО

_____________________________________________

                                                                                   (руководитель органа Госкомприроды СССР)

_____________________________________________

                                                                     (подпись)                                           (Фамилия, инициалы)

«_____»____________199___г.

ЛИМИТЫ ВРЕМЕННО СОГЛАСОВАННОГО СБРОСА ВЕЩЕСТВ

СО СТОЧНЫМИ ВОДАМИ

Показатели

Лимит до

199__ г.

199__ г.

199__ г.

199__ г.

199__ г.

199__ г.

Реализуемые этапы плана  мероприятий по поэтапному достижению ПДС веществ[10]

Расход сточных вод, м3

Концентрации веществ, г/м3

1. Взвешенные вещества

2. Органолептические вещества (БПКполн)

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

________________________________________                            _______________________

        (должностное лицо, ответственное за подпись)                                                                 (подпись)

Форма П1.4

ПЛАН МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОЭТАПНОМУ ДОСТИЖЕНИЮ

ПДС ВЕЩЕСТВ СО СТОЧНЫМИ ВОДАМИ

Наименования

мероприятий по

этапам

Характеристика

(производительность,

объем и т.п.)

Ориентировочная

стоимость, тыс.

руб.

Нормативные

сроки

реализации

(месяц, год)

Исполнители (организация и ответственный)

Достигаемый

водоохранный

результат

(эффект)

Руководитель предприятия______________________        ____________________________

(организации, учреждения)                            (подпись)                                           (Фамилия, инициалы)

Председатель СТК              ______________________         ____________________________

                                                                           (подпись)                                          (Фамилия, инициалы)

Форма П 1.5

Анкета обследования систем канализации промпредприятий__________________________

_____________________________________________________________________________

1. Наименование, адрес предприятия______________________________________________

_____________________________________________________________________________

2. Адрес точки подключения канализационной сети промпредприятия и городской канализационной сети__________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3. Состав и производительность имеющихся локальных очистных сооружений___________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

4. Количество трудящихся на предприятии:

а)  всего______________________________________________________________________

б) в том числе в максимальную смену_____________________________________________

5.  Среднесуточное количество сточных вод, сбрасываемых в город­скую канализацию__________________________________________________________________

в том числе производственных___________________________________________________

6.  Годовое количество сточных вод, отводимых промпредприятием в городскую канализационную сеть__________________________________________________________

7. Оплата за пользование городской канализацией, руб./год___________________________

Показатели состава и свойств сточной воды предприятия

1. Водородный показатель рН____________________________________________________

2. Концентрация взвешенных веществ, мг/л________________________________________

3. Минерализация, мг/л_________________________________________________________

4.  Биохимическое потребление кислорода: БПКполн_________________________________

                                                                           БПК5___________________________________

5. Содержание специфических веществ:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Приложение 2
Рекомендуемое

ПРИМЕР РАСЧЕТА ПДС ВЕЩЕСТВ
ДЛЯ ВОДОТОКА И ВОДОЕМА

 

Рассмотрим участок бассейна реки (рис. П2.1.), включающий 3 створа контроля качества вод, 2 выпуска сточных вод, 2 водозабора и 1 водохранилище. Объем заполнения водохранилища составляет 1 км3. Качество воды оценивается по 6 показателям - БПКполн, азоту аммонийному, азоту нитритов, азоту нитратов, растворенному кис­лороду и нефтепродуктам. Исходные данные для расчета ПДС при­ведены в табл. П2.1 – П2.5.

Значения коэффициентов неконсервативности (скорости превра­щения) веществ приняты по справочным данным с пересчетом на основание натуральных логарифмов (табл. П2.4).

Рис. П2.1. Линейная схема участка бассейна реки:

1, 2, 3 - контрольные створы;  - выпуски сточных вод;  - водозаборы.

Технико-экономические характеристики возможных водоохран­ных мероприятий по достижению ПДС (табл.П2.5) были выбраны в соответствии с [30]. При этом для выпуска  предполагалось, что его сточные воды очищены по технологической схеме 101 или ана­логичной схеме, обеспечивающей заданный состав сточных вод это­го выпуска (табл. П2.2).

Приведенные затраты (руб./м3) определялись по формуле:

где:  - удельные эксплуатационные затраты, руб./м3;

 - удельные капитальные затраты (руб./м3)/год;

 - коэффициент приведения к ценам 1984 г., ;

 - коэффициент приведения удельных капитальных затрат от годовой пропускной способности очистных сооружений к фактичес­ки обрабатываемому годовому расходу сточных вод, .

Таблица П2.1. Характеристика водного объекта

Шифр

створа

Створ

привязки

Расстояние

до створа

привязки,

км

Расход

воды,

м3

Скорость

течения,

м/с

Темпера-

тура,

оС

ПДК, г/м3

БПКполн

(по

азоту)

(по

азоту

(по

азоту

Растворенный кислород

Неф тепр одукты

0

1

30,0

53

0,20

20

2,8

0,43

0,12

3,2

7,5

0,04

1

3

31,2

50

0,22

20

6

2,0

-

10,0

4,0

0,3

2

3

-

-

-

20

3

0,39

0,02

9,1

6,0

0,05

3

-

-

50

-

20

3

0,39

0,02

9,1

6,0

0,05

Примечание: для створа 0 вместо ПДК приведено качество воды в створе.

Таблица П2.2. Характеристика водоотведения и условий сброса сточных вод

Выпуск

Створы

влияния

расстояния,

км

Расход

сточных

вод,

м3

Глубина

в месте

выпуска,

м

Скорость

ветра

над водой,

м/с

Состав сточных вод, г/м3

БПКполн

(по

азоту)

(по

азоту

(по

азоту

Растворенный кислород

Нефтепр одукты

1/25,0

3,0

-

-

240

17

0

0

0

7,0

2/0,5; 3/15,7

1,0

3

0

20

8

0,1

1,6

3

2,5

Таблица П2.3 Характеристики водопотребления

Водозабор

Створ привязки

Расстояние до створа привязки, км

Расход забираемой воды, м3

1

10,0

5,0

3

17,0

1,0

Таблица П2.4 Значения коэффициентов неконсервативности веществ при температуре 20°С для основания натуральных логарифмов, 1/сут

Вещество

Значение коэффициента

По С.Н. Черкинскому

по «Справочнику

проектировщика...»

[14]

по данным ВНИИВО

БПКполн

0,230

-

-

Азот аммонийный

-

0,069

0,207

Азот нитритов

-

10,8

-

Азот нитратов[11]

-

-

0,112

Растворенный кислород[12]

0,460

-

-

Нефтепродукты

-

0,044

-

Таблица П2.5 Технико-экономические характеристики возможных водоохранных мероприятий при сбросе сточных вод

Сброс

Число

рабочих

часов в

сутках

Число

рабочих

дней в

году

Расход

сточных

вод

тыс. м3/сут

Шифр

водо-

охранного

меро-

приятия

Шифр

предшест-

вующего

мероприятия

Приведен-

ные

затраты,

Руб/м3

Состав сточных вод после очистки, г/м3

БПКполн

(по

азоту)

(по

азоту

(по

азоту

Растворенный кислород

Нефтепродукты

16

325

172,8

101

-

0,0485

15,0

8,0

0,1

1,0

4,0

1,75

202

101

0,0598

5,0

2,14

0,1

7,5

8,0

0,28

206

101

0.0897

3,0

0,48

0

0,1

8,0

0,08

24

365

86,4

206

101

0,0555

3,0

0,48

0

0,1

8,0

0,3

302

206

0,0820

1,0

0,16

0

0,08

8,0

0

Примечание. Для выпуска  приведенные затраты учитывают только дополнительные затраты на очистку сточных вод по схемам 206 и 302 без учета уже реализованной схемы 101.

Рассмотрим формирование задачи расчета ПДС веществ [(3.2.1), (3.2.2), (3.2.8) - (3.2.11), (4.2.1), (4.2.2)] в соответствии с разд. 3 и 4. Критерий оптимальности (3.2.1) имеет вид:

где:  - приведенные затраты водопользователя i на достижение ПДС, тыс.руб./год.

Уравнения, описывающие качество воды в створе i, определим в соответствии с системой (3.2.2). Так как предприятие  работает неполные сутки, то расход его сточных вод после очистных соору­жений необходимо пересчитать на среднесуточный:

Участок реки между створами 0 и 1 разобьем на три секции с расходами ,  и , равными 53, 55 и 50 м3, соответственно. Скорость течения реки на участке примем равной средней из скоро­стей в начале и конце участка, т.е. 0,21 м3.

Система (3.2.2) имеет вид:

Для определения  и  вычислим разбавление речных вод между секциями. Имеем , . При этом:

Для матриц  диагональные элементы определяются по форму­ле (3.2.5), а все внедиагональные элементы, кроме , равны нулю. Элемент  характеризующий потребление кислорода, определим по формуле (3.2.6). Имеем:

Найдем времена перемещения воды в пределах секций 1, 2 и 3 имеющих длину 5, 15 и 10 км соответственно.

Имеем . Аналогично , .

В соответствии с правилами перемножения матриц ненулевые элементы матриц  и  имеют вид:

Запишем уравнения системы (3.2.2), используя полученные фор­мулы.

Для БПКполн имеем:

Аналогично:

где:  и  - концентрации нефтепродуктов в створе 1 и сточ­ных водах сброса  соответственно.

Для записи  определим по формуле (3.2.7) член, характеризу­ющий насыщение речной воды атмосферным кислородом с учетом того, что растворимость кислорода в 1 м3 воды при 20 °С составляет [14]:

Таким образом:

Качество воды в створах 2-3 определим в соответствии с сис­темой (4.2.1). Вычислим по формуле (4.2.6) коэффициенты транс­формации веществ, при этом для водохранилища коэффициент не­консервативности для БПКполн возьмем равным 0,0834 1/сут, по дан­ным [33] и [34], для азота общего 0,01 1/сут [35]. Константа реаэрации для водохранилища – 0,15 1/сут [14] имеем:

Аналогично ; ; ; ; ; , где  - коэффи­циент трансформации нефтепродуктов.

Фоновые концентрации веществ в водохранилище  найдем из системы (4.2.2). При вычислении матрицы А этой системы по формулам (4.2.3) - (4.2.5) положим по данным [34] ; . Свободный член (4.2.7), равен ; система (4.2.2) имеет вид:

Решение системы имеет вид:

Рассмотрим створ 2. Локальное влияние на качество воды в ство­ре оказывает только сброс , так как створ 1 расположен на доста­точном удалении. Пусть выпуск сточных вод сброса  осуществ­ляется в верхнюю треть глубины. Вычислим начальное  и основное  разбавление сточных вод сброса  по формулам (4.1.3), (4.1.5)-(4.1.6):

Кратность разбавления для створа 2 вод сброса  равна (3.1.3):

Показатели качества воды в створе 2 в соответствии с (4.2.1) определяются как:

Аналогично:

Рассмотрим створ 3. Он расположен на достаточном удалении как от створа 1, так и от створа , следовательно, показатели каче­ства воды в створе 3 определяются только фоновыми концентрация­ми, т.е.:

В соответствии с (3.2.8) установленные для створа 1 требования к качеству воды для коммунально-бытового водопользования имеют вид: ; ; ; ; .

В створах 2-3 ПДК соответствуют требованиям к качеству воды для рыбохозяйственного водопользования. При этом азот аммоний­ный и нитритный входят в токсикологический ЛПВ. Согласно (3.2.8) имеем:

; ; ; ;

Водоохранные мероприятия в соответствии с формулами (3.2.9) – (3.2.11) описываются следующим образом:

 

 

 

 

 

где:  - доля расхода сточных вод сброса i, отводимая в водный объект после прохождения водоохранного мероприятия 1;

 - доля расхода сточных вод сброса i, отводимая в водный объект без очистки или без прохождения дополнительных водоох­ранных мероприятий.

Результаты решения сформированной задачи расчета ПДС ве­ществ и оптимальных водоохранных мероприятий по их достиже­нию, полученные с помощью ППП «ЛП в АСУ», приведены в табл. П2.6-П2.8.

Таблица П2.6 ПДС веществ и состав сточных вод после очистки

Сброс

ПДС, г/ч

состав сточных вод после очистки, г/м3

БПКполн

(по

азоту)

(по

азоту

(по

азоту

Нефтепродукты

Таблица П2.7 Оптимальные водоохранные мероприятия для достижения ПДС

Сброс

Шифр мероприятия

Расход сточных вод

Приведенные

затраты, тыс.

руб./год

тыс. м3/сут

%

Без очистки

-

-

-

101/-

140,1

81

2208,5

202/101

-

-

-

206/101

32,7

19

953,1

Итого ...

3161,6

101

-

-

-

206/101

48,8

56,5

989,2

302/206

37,6

43,5

1124,4

Итого ...

2113,6

Итого по участку бассейна ...

5275,2

Таблица П2.8 Качество воды в створах участка бассейна реки

Сброс

Показатели качества вод г/м3 при существующем составе сточных вод при реализации ПДС

БПКполн

(по

азоту)

(по

азоту

(по

азоту

Растворенный кислород

Нефтепродукты

1

2

3

Как следует из табл. П2.8, лимитирующими показателями, опре­деляющими степень очистки сточных вод, являются нефтепродукты в створе 2 и БПКполн в створе 3.

Список использованной литературы

1. Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик: Закон СССР от 10 декабря 1970 г. № 564 - УШ. Ведомости Верховного Со­вета СССР, 1970, № 50.

2. О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов. Постановление Центрального Комите­та КПСС и Совета Министров СССР от 1 декабря 1978 г. № 984. Собрание постановлений правительства Союза Советских социалистических респуб­лик, 1979, № 2.

3. Правила охраны поверхностных вод. - М., 1990.

4. Правила охраны от загрязнения прибрежных вод морей. - М., 1984.

5.  Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от за­грязнения (приложение 2). - М., 1988. (СанПиН № 4630-88).

6. Дополнительный перечень предельно допустимых концентраций вред­ных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов к приложению № 3 «Правил охраны поверхностных вод», № 1-9: Утв. Главрыбводом № 30-11-22, 1983-1989 гг.

7.  Методические указания по применению правил охраны поверх­ностных вод от загрязнения сточными водами - М.- Харьков, 1982.

8. Временные методические указания по проведению расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков, - Л.: Гидрометеоиздат, 1983.

9. Методические рекомендации по установлению предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих со сточными водами в прибрежные воды морей. - Харьков, 1986.

10. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

11. Лаптев Н.Н. Расчеты выпусков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1977.

12. Родзиллер И.Д. Прогноз качества воды водоемов-приемников сточ­ных вод. М.: Стройиздат, 1984.

13. Черкинский С.Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водо­емы. - М.: Стройиздат, 1977.

14. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Спра­вочник проектировщика /Н.И. Лихачев, Й.И. Ларин, С.А. Хаскин и др. - М.: Стройиздат, 1981.

15. Методические основы оценки и регламентирования антропогенно­го влияния на качество поверхностных вод / Под ред. А.В. Караушева- Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

16. Сухоруков Г.А., Цыбульник С.А. Принципы определения предельно допустимых сбросов и их взаимосвязь с оптимальным планированием во­доохранных мероприятий// Комплексные водоохранные мероприятия: Сб.-научн. тр. - Харьков: ВНИИВО, 1981.

17. Озмидов Р.В. Диффузия примесей в океане. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

18. Баранник В.А., Кресин B.C. Расчет локального влияния сосредо­точенного выпуска сточных вод на качество воды водоема / Водоохран­ные комплексы речных бассейнов: Сб. науч. тр. - Харьков: ВНИИВО, 1985.

19. Пухтяр Л.Д., Осипов Ю.С. Турбулентные характеристики прибрежной зоны моря// Вопросы гидрологии и гидрохимии южных морей: Труды ГОИН, вып.158. - Л.: Гидрометеоиздат, 1961.

20.  Проблемы химического загрязнения вод Мирового океана. Том 2. Процессы турбулентной диффузии примесей в море/ Под ред. В.И. Заца. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

21.  Рекомендации по расчету рассеивающих выпусков сточных вод в реки и водоемы. - М.: Госстрой СССР, 1977.

22. Баранник В.А., Кресин B.C. Расчет кратности основного разбавления сточных вод, поступающих в водохранилище из рассеивающего выпуска сложной конфигурации// Охрана вод речных бассейнов: Сб. научн. тр. - Харь­ков: ВНИИВО, 1987.

23. Сухорукое Г.А.. Цыбульник С.А.. Лапшина А.П., Попов Ю.Ф. Си­стема расчетов прогноза качества поверхностных вод и оптимальных во­доохранных мероприятий в бассейне реки с применением ЭВМ// Научн.-техн. достижения, рекомендуемые для использования в мелиорации и вод­ном хозяйстве: Каталог паспортов. - М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР, 1984, вып.6.

24.  Справочник по охране водных ресурсов / В.А. Львов, В.Н. Лады­женский, А.К. Кузин и др. - Киев: Урожай, 1989.

25.  Бруяцкий Е.В. Турбулентные стратифицированные струйные тече­ния. - Киев: Наукова думка, 1986.

26.  Санитарные правила и нормы охраны прибрежных вод морей от загрязнения в местах водопользования населения. - М., 1988. (СанПиН № 4031-88).

27. Правила приема производственных сточных вод в системы канали­зации населенных пунктов. - М.: Минжилкомхоз РСФСР, 1988.

28. Технические условия на качество и режим сброса сточных вод пред­приятий в канализационную сеть. -Харьков: УкрКоммунНИИпроект, 1986. (РТМ 204 УССР 36-86).

29. Рекомендации по оценке и выбору технико-экономических характе­ристик вод сохранных комплексов. Топливная промышленность. Угольные предприятия. - Харьков: Минводхоз СССР: ВНИИВО, 1988.

30.  Рекомендации по оценке и выбору технико-экономических ха­рактеристик сооружений очистки городских сточных вод. - Харьков: - Мин­водхоз СССР: ВНИИВО, 1987,

31.  Рекомендации по оценке и выбору технико-экономических ха­рактеристик водоохранных комплексов предприятий черной металлургии. - Харьков: Госкомитет СССР по охране природы; ВНИИВО. 1989.

32.  Рекомендации по оценке и выбору технико-экономических ха­рактеристик водоохранных комплексов предприятий цветной металлургии - Харьков: Госкомитет СССР по охране природы: ВНИИВО, 1989

33. Скопинцев БА. и др. Органическое вещество в воде Онежского озе­ра и некоторых водоемов Волжско-Балтийского водного пути летом 1968 г. // Органическое вещество и элементы гидрологического режима волжских водохранилищ. - Л.: Наука, Ленинградское отделение. 1972.

34. Трифонова НА., Калинина Л.А. Содержание и распределение соеди­нений азота в Рыбинском водохранилище в летне-осенний период - там же.

35.  Еременко Е.В., Зимбалевская Л.Н. Моделирование качества воды в водохранилище в зоне влияния тепловых сбросов // Моделирование и конт­роль качества вод: Сб. науч. тр. - Харьков: ВНИИВО.


[1] При сбросе сточных вод в водный объект через рассеивающие выпуски, гаран­тирующие необходимое смешение и разбавление сбрасываемых вод, нормативные требования к составу и свойствам воды должны обеспечиваться в створе начального разбавления рассеивающего выпуска.

[2] За исключением показателей, значения которых возрастают после биологичес­кой очистки (например, нитриты и нитраты).

[3] По инструкции Госкомприроды СССР нормативы ПДС устанавливаются на срок до 3 лет

[4] В пересчете на азот;

[5] Для коммунально-бытового водопользования нормируется по отсутствию в воде водного объекта привкусов интенсивностью более 1 балла.

[6] В пересчете на азот.

[7] Приведен коэффициент интенсивности потребления азота нитратов фитопланктоном;

[8] Приведен коэффициент реаэрации атмосферного кислорода.

[9] В настоящем документе приведен вариант простой методики расчета, без использования оптимизационных моделей и учета затрат на предочистку.

[10] Указываются номера этапов плана мероприятий по поэтапному достижению ПДС веществ.

[11] Указан коэффициент интенсивности потребления азота нитратов фитопланктоном.;

[12] Указан коэффициент реаэрации атмосферного кислорода.

ООО «Эко-Технология+» поможет провести экологический аудит для Вашей компании.

Нормативы