Содержание к диссертации
Введение
1 Особенности использования малых рек для приема сточных вод 9
1.1 Малые реки и проблема их деградации 9
1.2 Влияние физико-географических факторов на загрязнение малых рек 15
1.3 Методы защиты водоприемников от загрязнения сточными водами малых населенных пунктов
1.3.1 Общие требования к сбросу сточных вод 20
1.3.2 Методы очистки сточных вод малых населенных пунктов 21
1.3.3 Биологическая очистка сточных вод малых населенных пунктов 22
1.3.4 Применение накопителей сточных вод в составе водоохранного комплекса 26
1.4 Выводы из обзора литературы 31
2 Методика оптимального планирования водоохранных мероприятий 33
2.1 Основная цель и задача исследований 33
2.2 Эколого-математическая модель водоохранных мероприятий 34
2.2.1 Целевая функция и критерий оптимальности 34
2.2.2 Уравнения связи и ограничения 37
2.3 Алгоритм эколого-математической модели 44
2.4 Методика сбора и подготовки данных для моделирования 48
3 Оценка экономической эффективности методики на примере модельного объекта 53
3.1 Объект исследований 53
3.2 Исходные данные для расчета 56
3.2.1 Характеристика водоприемника 56
3.2.2 Элементы водного баланса накопителя-регулятора сточных вод 60
3.2.3 Элементы химического баланса накопителя-регулятора сточных вод 64
3.2.4 Затраты на строительство очистных сооружений и накопителя-регулятора 65
3.2.4.1 Затраты на строительство очистных сооружений 65
3.2.4.2 Затраты на строительство накопителя-регулятора 71
3.3 Моделирование совместной работы очистных сооружений и накопителя-регулятора 72
Заключение 82
Литература 84
Приложения 95
- Влияние физико-географических факторов на загрязнение малых рек
- Биологическая очистка сточных вод малых населенных пунктов
- Целевая функция и критерий оптимальности
- Элементы водного баланса накопителя-регулятора сточных вод
Введение к работе
Актуальность темы. Охрана малых рек от загрязнения сточными водами является сложной комплексной проблемой. Ее решение осложняется региональными особенностями водоприемников, определяемых зональными и азональными факторами. Под влиянием этих факторов не всегда обеспечиваются условия разбавления сточных вод в малых реках, а особенно - в перемерзающих водотоках с паводковым гидрологическим режимом, характерным для рек Восточного Забайкалья, а также ряда других регионов Российской Федерации. В этих условиях соблюдение всех экологических требований приводит к значительному увеличению затрат на осуществление водоохранных мероприятий, поэтому перспективным способом решения проблемы является регулирование сброса сточных вод после очистных сооружений.
Существующие методы планирования водоохранных мероприятий не предусматривают возможность выбора оптимального состава и параметров сооружений очистки сточных вод с емкостью для регулирования их сброса в водоприемник. В то же время от параметров очистных сооружений зависит состав вод, поступающих в накопитель, а, следовательно, его емкость и величина затрат на осуществление всего комплекса водоохранных мероприятий. Кроме того, существующие методики расчета регулирования сброса сточных вод могут применяться только для рек с весенним половодьем и не учитывают неравномерность распределения стока в другие периоды года.
Таким образом, исследования, направленные на разработку методов защиты малых перемерзающих рек с паводковым режимом стока от загрязнения сточными водами являются актуальными. Применение их результатов позволит обеспечить соблюдение экологических и санитарно-
гигиенических требований со значительным снижением затрат на водоохранные мероприятия.
Основная идея работы заключается в использовании перед сбросом сточных вод в водоприемник накопителя-регулятора, позволяющего обеспечить нормативы качества воды в водоприемнике при более низкой эффективности очистки стоков и, следовательно, с меньшими затратами на строительство очистных сооружений.
Целью диссертационной работы являлась разработка методики определения оптимальных параметров водоохранного комплекса для защиты малых рек от загрязнения сточными водами в условиях высокой неравномерности распределения годового стока.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:
определить состав водоохранного комплекса, в наибольшей степени применимого для защиты малых перемерзающих рек с паводковым режимом стока от загрязнения сточными водами;
создать математическую модель выбора экономически оптимальных параметров сооружений водоохранного комплекса;
разработать алгоритм, реализующий математическую модель и программное обеспечение;
оценить экономическую эффективность предложенной методики планирования комплекса водоохранных мероприятий на примере малой реки Восточного Забайкалья.
Объектами исследований являются малые реки Забайкалья, характеризующиеся перемерзанием и высокой неравномерностью внутригодового распределения стока.
Предмет исследования: водоохранный комплекс «очистные сооружения - накопитель-регулятор» с режимом работы, согласованным с гидрологическим режимом водоприемника.
Методы исследований. В основу работы положены аналитические методы исследований и методы эколого-математического моделирования. Исходными данными для апробации модели являлись длительные ряды наблюдений за водными характеристиками малых рек, результаты гидрохимических анализов, выполненных по стандартным методикам, собственные научные наблюдений автора и сопоставления их с данными других исследователей. Для обработки данных использовались программы инженерных расчетов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- установлено, что для защиты перемерзающих рек с паводковым
режимом стока от загрязнения наиболее применим вариант регулирования
сброса сточных вод после очистных сооружений;
- предложена методика определения оптимальных параметров
сооружений водоохранного комплекса: степени очистки сточных вод от
различных ингредиентов и объема накопителя-регулятора;
разработан алгоритм реализации математической модели, заключающийся в моделировании многолетних рядов стока водоприеменика и соответствующих циклов работы накопителя-регулятора при различных параметрах очистных сооружений.
Научные положения, выносимые на защиту
В составе водоохранного комплекса для защиты от загрязнения малых рек целесообразно после очистных сооружений использовать накопитель-регулятор, обеспечивающий согласование сброса сточных вод гидрологическому режиму водоприемника.
Существует множество комбинаций «эффективность очистки -емкость накопителя», обеспечивающих нормативные показатели качества воды в водоприемнике. Поэтому следует осуществлять поиск оптимальных параметров сооружений водоохранного комплекса по предложенной автором методике.
3. Использование разработанной эколого-математической модели позволяет значительно снизить затраты на мероприятия по защите малых рек от загрязнения сточными водами.
Практическая значимость результатов исследований заключается в обосновании состава водоохранного комплекса, обеспечивающего снижение затрат на защиту малых рек от загрязнения сточными водами, и в разработке методики определения его параметров.
Применение предложенной методики обеспечит снижение затрат на мероприятия по защите малых рек от загрязнения сточными водами, что продемонстрировано на примере малой реки бассейна р. Амур.
Основные положения исследований были учтены при разработке «Территориальной государственной программы использования, восстановления и охраны водных объектов Читинской области», а также при разработке водоохранных мероприятий военного санатория Молоковка с целью снижения сбросов загрязняющих веществ в реку Молоковка.
Результаты работы используются в учебных курсах Читинского государственного университета для студентов специальностей «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» и «Инженерная защита окружающей среды».
Достоверность научных положений обеспечена:
- учетом в разработанной математической модели всех составляющих
водного и гидрохимического балансов системы «очистные сооружения -
накопитель-регулятор - водоприемник»;
- использованием для апробации методики надежных исходных
данных, полученных при проведении специальных изысканий и по
материалам государственного водного кадастра;
соответствием основных материалов математического моделирования идее, положенной в основу исследований;
апробацией предложенной методики на различных конференциях.
Личный вклад автора состоит:
в постановке целей и задач исследований;
в разработке комплекса водоохранных мероприятий для охраны малых рек в условиях резко континентального климата;
- в разработке эколого-математической модели, алгоритма ее
реализации, части программного комплекса, выполнении численных
экспериментов;
- в определении экономически оптимальной схемы параметров очистки
сточных вод и их сброса в водоприемник.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: «Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление» (Чита, 1997, 2001), «Наука и образование на рубеже тысячелетий» (Чита, 1999), «Проблемы прогнозирования в современном мире» (Чита, 1999), AQVATERRA (Санкт-Петербург, 2000), «Чистая вода России-2001» (Екатеринбург, 2001); на Всероссийской конференции «Бассейн реки: эколого-водхозяйственные проблемы рационального природопользования» (Екатеринбург, 1996); на региональных конференциях: «Проблемы освоения и рационального использования природных ресурсов Забайкалья» (Чита, 2000); «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» (Чита 2001); межвузовской конференции «Роль фундаментальных дисциплин в формировании молодого специалиста» (Чита, 1998). По материалам исследований опубликовано 17 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы ПО страниц, в том числе 14 рисунков, 18 таблиц. Список литературы содержит 113 наименований.
Влияние физико-географических факторов на загрязнение малых рек
Гидрохимический режим водотоков определяется комплексным влиянием следующих основных факторов: - природным составом вод; - условиями разбавления сточных вод; - качественным составом сточных вод, их объемом и режимом поступления. Природный состав речных вод формируется под воздействием зональных (климатических) и азональных факторов. Климат оказывает прямое воздействие на химический состав природных вод через осадки и испарение и косвенное - через почву, растительность, рельеф [3, 93]. Азональные факторы являются основными при формировании качественного состава вод малых рек. Местные условия формирования стока определяют состав наносов, растворенных веществ различной природы, биологических компонентов, а также потока тепла и энергии, которые фиксируются в русловой сети [77]. Условия разбавления сточных вод зависят от следующих основных факторов: - гидрологических и гидродинамических особенностей приемников сточных вод; - конструктивных и технологических особенностей выпусков сточных вод [74,86]. Гидрологические условия как правило определяются минимальным 30-суточным расходом 95 %- ной обеспеченности [51,67]. Величина этого расхода зависит от закономерности внутригодового распределения стока и его многолетней изменчивости [23,26,50]. На процессы формирования минимального стока влияют зональные факторы, а также площадь бассейна и наличие в нем озер, лесов, болот. Минимальный сток формируется в период, когда поверхностный сток полностью прекращается или имеет наименьшее значение и река переходит на грунтовое питание. Если поверхностный сток отсутствует длительный период, подземные запасы вод истощаются, река пересыхает, а зимой перемерзает. Промерзание рек может быть также связано с увеличением толщины льда. На малых бассейнах основная роль в формировании минимального стока принадлежит азональным факторам, поэтому его величина изменяется в больших пределах. Наиболее высокая неравномерность распределения годового стока характерна для рек Сибири, Крайнего Севера и Забайкалья [27,56,94]. Для исследуемой территории (Читинская область) также характерно крайне неравномерное распределение стока внутри года: 80-95% объема годового стока приходится на теплую часть года, а зимой он незначителен или отсутствует вследствие перемерзання водотоков. В этот же период происходит и истощение запасов подземных вод. Это обусловлено резкой континентальностью климата, который характеризуется значительными колебаниями среднесуточных и месячных температур воздуха, малым количеством атмосферных осадков, незначительной влажностью воздуха, высокой нормой испарения. На реках выделяют два меженных периода: межень летне-осеннего периода и зимнюю межень. Наименьший сток летне-осенней межени чаще всего наблюдается в июне-июле и октябре и продолжительность его в сумме составляет в среднем 20-30 дней. В связи с этим для территории Забайкалья важной становится характеристика минимального 10-дневного стока, которая наиболее полно отражает действительный минимум в перерывах между паводками [73]. Реки Читинской области относятся к трем бассейнам: Амурскому, Байкал о-Енисейскому и Ленскому [18]. По условиям формирования минимального стока ее территория относится к 5 гидрологическим районам [61]. Северо-Байкальский район охватывает часть территории области севернее 56 с.ш. Реки этого района характеризуются относительно высокой устойчивой зимней меженью, значительным весенним половодьем от таяния снега, высокими паводками в течение всего лета и неустойчивыми летними минимумами (рисунок 1-а). Высокая водность северных рек объясняется большим количеством осадков - более 600 мм в год. П. Забайкальский район занимает южную часть Ленского бассейна и восточную часть Амурского (бассейн р.Амазар, нижнее течение р.р.Шилка и Аргунь, верховья р.Нерча). Реки этого района имеют слабо выраженное весеннее половодье и летне-осенние паводки. Зимний сток отсутствует в связи с перемерзанием большинства рек (рисунок 1-6). Реки имеют среднюю для области водность, обусловленную средним для области количеством осадков (350-500 мм). III. Ононо-Нижнеингодинский район охватывает часть Читино-Ингодинской и Нерчинской впадин, Агинские, Ононо-Борзинские и Приаргунские степи, восточные отроги Борщовочного хребта и ряд других невысоких хребтов. Реки района имеют самую низкую водность. Весеннее половодье короткое и слабо выраженное, в течение лета - паводки (рисунок 1-в). Зимой все реки перемерзают. В летнее время некоторые реки степных районов пересыхают. IV. Селенгинский район на территории области представлен лишь бассейном р.Хилок. Внутригодовое распределение стока приблизительно такое же, как и для Ононо-Нижнеингодинского района. Отличительной особенностью является несколько более высокое весеннее половодье, расходы воды при котором в отдельные годы превышают паводковые (рисунок 1-г). Зимой полностью перемерзают лишь малые реки. V. Ингодино-Чикойский район включает в себя юго-западные части Яблонового и Борщовочного хребтов. Основные реки района - Чикой (Байкало-Енисейский бассейн) и Ингода (Амурский бассейн). Реки имеют весеннее половодье за счет таяния снега в горах и дождевые паводки в течение всего теплого периода года, (рисунок 1-д). Благодаря глубокому врезу речных долин и питанию трещинными водами реки даже в суровые зимы имеют сток. Следует отметить, что сезонное и особенно внутрисезонное распределение стока не остается постоянным в различные по водности годы. В формировании меженного стока некоторых малых рек существенную роль играют речные наледи, представляющие собой вторичное образование льда на поверхности ледяного покрова. Большинство наледей на реках Забайкалья растаивает в мае-июне, отдельные из них держатся до середины-конца июля [29,58,78]. Таким образом, таяние наледей нередко приходится на период межени, что в ряде случаев приводит к заметному увеличению расходов. Крайняя неравномерность распределения стока рек внутри года, их маловодье в осенне-зимний период и весной существенно затрудняют хозяйственное использование рек. Актуальной для перемерзающих рек является проблема сверхнормативного загрязнения их сточными водами из-за отсутствия условий по их разбавлению и самоочищению.
Биологическая очистка сточных вод малых населенных пунктов
Правилами охраны вод определяется возможность применения в составе водоохранного комплекса емкостей-регуляторов для регулирования объема сброса в зависимости от состояния водного объекта. Сброс вод через эти сооружения может осуществляться только в периоды, когда имеется резерв свободной ассимилирующей способности водотока по согласованию с органами осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей среды [67].
Реализация данного положения производится с использованием накопителей очищенных или недостаточно очищенных сточных вод. Анализ существующей литературы [11,17,28,43,54,62,107] позволяет подразделить накопители по своему функциональному назначению на следующие виды: накопители-регуляторы, накопители-испарители, накопители-осветлители (близкие термины: отстойники, шламонакопители), накопители для орошения. Накопители-регуляторы обычно применяются для охраны рек, особенностью водного режима которых является весеннее половодье. Накопители-регуляторы могут классифицироваться: - по местоположению (в карьерах, балках и оврагах, в поймах и бессточных понижениях); - по продолжительности рабочего цикла (на емкости краткосрочного, годичного и многолетнего регулирования). В зависимости от технологической схемы накопители могут выполнять различные функции (рисунок 2) [4,59,62,80,82]: - накапливать неочищенные сточные воды и сбрасывать их в водоток как правило в половодье для осуществления разбавления (рисунок 2 - а); - аккумулировать очищенные сточные воды для последующего их отвода в водоприемник (рисунок 2-6); - выполнять функцию усреднителя для равномерной подачи сточных вод на очистные сооружения (рисунок 2-в). Размеры накопителя-усреднителя выбираются с учетом проходящих через него сточных вод за определенный срок - от нескольких дней до нескольких месяцев с учетом их равномерной подачи на очистку [76]; - накапливать очищенные сточные воды в холодные периоды года для последующей их подачи на поля орошения в вегетационный период или сброса в водоприемник с наступлением весеннего половодья (рисунок 2 - г). Накопители для орошения отличаются от всех видов накопителей своим назначением и режимом работы. Накопитель для орошения в течение семи месяцев (октябрь-апрель) собирает биологически очищенные сточные воды поселка, а в сезон вегетации расходует их на орошение земель [5,6,7,9,46,54,62,90]. В засушливые периоды вся емкость накопителя исчерпывается на поливы с одновременной охраной рек от загрязнения сточными водами. Во влажные годы, когда орошения не требуется, а река достаточно многоводна, содержимое накопителя осенью и весной выпускается в водоток с соблюдением норм ПДК загрязняющих веществ.
Накопители-испарители устраиваются в зонах с жарким климатом для аккумуляции допустимых к складированию сточных вод. При этом вода расходуется на испарение, а солевой остаток увеличивается. С повышением концентрации солей испаряемость остатка уменьшается. Поэтому площадь зеркала и емкость накопителя-испарителя рассчитываются на заданный срок эксплуатации [57,64,65,66,71].
Существующие методики расчета накопителей-регуляторов сводятся к определению его объема в зависимости от объема накапливаемых сточных вод за интервал времени, равный расчетному периоду [34,62,106]. При годичном регулировании объем накопителя принимается равным годовому объему сточных вод (при необходимости с учетом испарения и выпадения осадков). 1. Величина и режим стока малых рек во многом определяются азональными факторами. Азональные факторы являются основными при формировании качественного состава вод малых рек. Антропопгенные нарушения факторов формирования стока приводят, как правило, к неблагоприятным последствиям - росту паводкового стока и снижению меженного, изменению гидрохимического режима малых рек. Под влиянием этих факторов не всегда обеспечиваются условия разбавления сточных вод в малых перемерзающих реках с паводковым режимом стока Восточного Забайкалья. 2. Для достижения экологических норм защиты водных объектов от загрязнения сточными водами малых населенных пунктов применяются достаточно сложные технологии очистки сточных вод, требующие высоких затрат на строительство. В то же время существующие методы планирования водоохранных мероприятий не предусматривают возможность оптимизации состава и параметров сооружений с регулированием сброса сточных вод в водоприемник для снижения затрат на осуществление всего комплекса водоохранных мероприятий. 3. Известные методики расчета регулирования сброса сточных вод могут применяться только для рек с весенним половодьем, следовательно, они не дают решения проблемы регулирования сброса сточных вод после очистных сооружений для рек с высокой изменчивостью внутригодового распределения стока, характерного для Восточного Забайкалья. 4. Для разработки методики защиты от загрязнения малых рек, включающей очистку стоков и регулирование их сброса в водоприемник, необходимо применять методы эколого-математического моделирования инженерных сооружений с учетом пространственно-временного характера формирования стока рек-водоприемников.
Целевая функция и критерий оптимальности
Практическая значимость результатов исследований заключается в обосновании состава водоохранного комплекса, обеспечивающего снижение затрат на защиту малых рек от загрязнения сточными водами, и в разработке методики определения его параметров.
Применение предложенной методики обеспечит снижение затрат на мероприятия по защите малых рек от загрязнения сточными водами, что продемонстрировано на примере малой реки бассейна р. Амур.
Основные положения исследований были учтены при разработке «Территориальной государственной программы использования, восстановления и охраны водных объектов Читинской области», а также при разработке водоохранных мероприятий военного санатория Молоковка с целью снижения сбросов загрязняющих веществ в реку Молоковка.
Результаты работы используются в учебных курсах Читинского государственного университета для студентов специальностей «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» и «Инженерная защита окружающей среды». Достоверность научных положений обеспечена: - учетом в разработанной математической модели всех составляющих водного и гидрохимического балансов системы «очистные сооружения накопитель-регулятор - водоприемник»; - использованием для апробации методики надежных исходных данных, полученных при проведении специальных изысканий и по материалам государственного водного кадастра; - соответствием основных материалов математического моделирования идее, положенной в основу исследований; - апробацией предложенной методики на различных конференциях. Личный вклад автора состоит: - в постановке целей и задач исследований; - в разработке комплекса водоохранных мероприятий для охраны малых рек в условиях резко континентального климата; - в разработке эколого-математической модели, алгоритма ее реализации, части программного комплекса, выполнении численных экспериментов; - в определении экономически оптимальной схемы параметров очистки сточных вод и их сброса в водоприемник. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: «Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление» (Чита, 1997, 2001), «Наука и образование на рубеже тысячелетий» (Чита, 1999), «Проблемы прогнозирования в современном мире» (Чита, 1999), AQVATERRA (Санкт-Петербург, 2000), «Чистая вода России-2001» (Екатеринбург, 2001); на Всероссийской конференции «Бассейн реки: эколого-водхозяйственные проблемы рационального природопользования» (Екатеринбург, 1996); на региональных конференциях: «Проблемы освоения и рационального использования природных ресурсов Забайкалья» (Чита, 2000); «Природные ресурсы Забайкалья и проблемы природопользования» (Чита 2001); межвузовской конференции «Роль фундаментальных дисциплин в формировании молодого специалиста» (Чита, 1998). По материалам исследований опубликовано 17 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы ПО страниц, в том числе 14 рисунков, 18 таблиц. Список литературы содержит 113 наименований. Под влиянием сброса сточных вод и интенсивной антропогенной деятельности на водосборах происходит изменение величины и режима стока рек, заметно ухудшается качество воды. Наиболее подвержены таким изменениям малые и средние реки, принимающие значительные количества разнообразных загрязняющих веществ. Использование малых и частично средних рек для приема сточных вод быстро приводит к их загрязнению из-за низкой способности этих рек к разбавлению и самоочищению, особенно в меженный период [87]. Малые реки определяют гидрологическую и гидрохимическую специфику средних и крупных рек. Они являются наиболее многочисленными водотоками любого бассейна, на их долю приходится значительная часть поверхностного стока России, в их бассейнах проживает до 44% всего городского населения и почти 90% сельского [45]. Около 92 % густоты речной сети создают реки длиной до 100 км. Суммарная длина малых водотоков составляет 94,6 % общей длины рек страны [15]. В настоящее время не существует единого подхода к определению самого термина "малая река". Например, к малым рекам относятся реки с площадью водосбора до 2000 км или протяженностью до 100 км [20,72, 85]. В справочнике [24] малыми названы реки длиной 26-100 км, а в практике Министерства природных ресурсов малыми считаются реки длиной 10-200 км. ГОСТ 17.1.1.01-77 к малым рекам относит водотоки с площадью водосбора от 200 до 20000 км и средним расходом воды от 2 до 5 м /с [21]. Общие вопросы влияния гидрологических факторов на формирование качества воды и экологию водотоков и водоемов рассмотрены в работах Авакяна А.Б., Львовича М.И., Черкинского С.Н. и др. [1, 44, 86]. Главной особенностью формирования стока малых рек является их тесная связь с физико-географическими условиями бассейна (таблица 1). Поэтому сток малой реки может резко отличаться от зональной его величины вследствие воздействия местных факторов. Интенсивная хозяйственная деятельность, осуществляемая в бассейнах малых рек, оказывает на них отрицательное воздействие. Оно проявляется в изменении величины и режима стока, нарушении гидрохимического режима, их заилении и обмелении, ухудшении качества воды [31,32,44,60,97,98]. На количественные и качественные характеристики стока малых рек оказывают влияние множество факторов хозяйственной деятельности. Так, влияние преобразующих факторов формирования стока на изменение гидрологического режима малых рек рассматривается в работах Шикломанова И.А., Разумовского Э.С., Маслова, Б.С, Водогрецкого В.Е., Крестовского О.И. и др.
Элементы водного баланса накопителя-регулятора сточных вод
Условия сброса сточных вод и водоохранные требования к различным видам хозяйственной деятельности должны обеспечить нормативное качество воды в контрольном створе водного объекта или, при их превышении, сохранение состава и свойств воды, сложившихся под влиянием природных процессов [67].
Правилами охраны поверхностных вод [67] установлены нормы качества воды водоемов и водотоков для условий хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Для всех нормированных веществ при рыбохозяйственном водопользовании при поступлении в водные объекты нескольких веществ с одинаковыми лимитирующими признаками вредности и с учетом примесей, поступающих в водный объект с вышерасположенных источников сумма концентраций (Си Сг, ... Сп) каждого из веществ в контрольном створе к соответствующим ПДК не должна превышать единицы:
Для достижения этих норм и защиты водных объектов от загрязнения применяются достаточно сложные технологии очистки сточных вод. Однако в связи с высокими затратами на строительство значительная часть сточных вод малых населенных пунктов сбрасывается неочищенными [17]. Для очистки сточных вод применяют следующие методы: - механические, осуществляемые с использованием таких сооружений, как решетки, песколовки, усреднители, отстойники различного назначения, гидроциклоны, нефтеловушки, жироловки, смолоулавливатели, фильтры разнообразных конструкций, центрифуги, жидкостные сепараторы; - химические, основанные на использовании реагентов, позволяющих нейтрализовать и окислить сточные воды, вывести некбторые компоненты в осадок; - физико-химические, предусматривающие использование таких сооружений, как коагуляторы, флотаторы, экстракторы, ионообменные и сорбционные фильтры; - электрохимические, применяемые для интенсификации химических и физико-химических процессов с использованием электрического тока (электрофлотаторы, электрокоагуляторы и т. д.); -биологические, основанные на осуществлении биологических процессов очистки сточных вод в аэротенках, метантенках, биофильтрах, биопрудах и других сооружениях. Существующие в настоящее время сооружения для биологической очистки сточных вод могут быть разделены на два основных типа: - сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным; - сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях[108]. Для полной биологической очистки сточных вод малых населенных пунктов, согласно СНиП 2.04.03-85, могут применяться [76]: - аэрациооные установки, работающие по методу полного окисления (аэротенки продленной аэрации); - аэрационные установки с аэробной стабилизацией избыточного активного ила; - циркуляциоонные окислительные каналы; - капельные биофильтры; - поля фильтрации; поля подземной фильтрации, песчано-гравийные фильтры, фильтрующие траншеи; - биологические пруды; - фильтрующие колодцы. Преимущества и недостатки некоторых методов биологической очистки сточных вод малых населенных пунктов представлены в таблице 4. При выборе типа очистных сооружений рекомендуется в первую очередь оценить возможность применения сооружений естественной очистки сточных, вод как наиболее дешевых. К их числу относятся поля фильтрации и биологические пруды [22,108]. В последнее время разработан ряд новых технологических процессов и конструкций очистных сооружений, широкое внедрение которых позволит значительно снизить капитальные затраты, материало- и энергоемкость.К таким сооружениям по доочистке биологически очищенных сточных вод относятся: - биосорберы с псевдоожиженным слоем активированного угля, при внедрении которых достигается снижение капитальных и эксплуатационных затрат соответственно в 2 и 3 раза; фильтры с гранулированной пенополеуретановой загрузкой (капитальные затраты на строительство в 3 раза ниже, чем в строительство скорых песчаных фильтров); - биопруды. В последние годы, в связи с интенсивной евтрофикацией водоемов, ведутся разработки по извлечению из городских и промышленных сточных вод соединений азота и фосфора. В частности, создана технология обезвреживания концентрированных нитрит- и нитратсодержащих сточных вод, основанная на восстановлении нитритов и нитратов специальным азотсодержащим реагентом NR, где R-радикал молекулы этого реагента [10]. Существуют различные типы биоинженерных сооружений: биопруды с высшей водной растительностью, ботанические площадки, береговые и русловые биоплато, плавающие модули с посадкой высшей водной растительности. Их конструкции представляют собой проточные или инфильтрационные системы с прохождением доочищаемой воды через корневую систему растений. Полный перечень и характеристика технологий и сооружений, применяемых на очистных станциях в зависимости от пропускной способности, приведены в работе [11].
