Лекция 12. Тема 3.3. Воздействие объекта на водную среду

3.1. Установление и анализ источников загрязнения водоемов

Промышленные предприятия в процессе эксплуатации потребляют определенное количество чистой воды, а также сбрасывают очищенные или неочищенные сточные воды в окружающую среду, что приводит к загрязнению гидрографической сети и территории района его размещения. Основными источниками загрязнения поверхностных вод являются:

· неочищенные или недостаточно очищенные производственные и бытовые сточные воды;

· поверхностный сток с территории предприятия;

· фильтрационные утечки вредных веществ из емкостей, трубопроводов и других сооружений;

· аварийные сбросы сточных вод.

В целях рационального использования и охраны поверхностных вод предприятие должно обеспечить:

· экономное и рациональное использование водных ресурсов;

· наличие лицензии и договора на пользование водным объектом и соблюдение их условий;

· предотвращение и устранение загрязнения поверхностных вод;

· содержание в исправном состоянии очистных, гидротехнических и других водохозяйственных сооружений и технических устройств;

· наличие контрольно-измерительной аппаратуры по определению качества забираемой и сбрасываемой в водный объект воды и соблюдение сроков ее государственной аттестации;

· организацию учета забираемых, используемых и сбрасываемых вод, количества загрязняющих веществ в них, а также систематические наблюдения за водными объектами и их водоохранными зонами;

· соблюдение установленных лимитов забора воды и сброса сточных вод;

· разработку инженерных мероприятий по предотвращению аварийных сбросов неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод, по обеспечению экологически безопасной эксплуатации водозаборных сооружений и водных объектов;

· соблюдение установленного режима использования водоохранных зон;

· предотвращение попадания продуктов производства и сопутствующих ему загрязняющих веществ на территорию производственной площадки промышленного объекта и непосредственно в водные объекты;

· разработку плана мероприятий на случай возможного экстремального загрязнения водного объекта.

В процессе хозяйственной деятельности запрещается сбрасывать в водные объекты сточные (возвратные) воды:

· содержащие вещества или продукты трансформации веществ в воде, для которых не установлены ПДК или ОДУ, а также вещества, для которых отсутствуют методы аналитического контроля, за исключением тех веществ, что содержатся в воде водного объекта;

· которые с учетом их состава и местных условий могут быть направлены в системы оборотного водоснабжения для повторного использования или для других целей;

· оказывающие токсическое действие, по результатам биотестирования, на живые организмы;

· дождевые и талые воды, отводимые с территорий промышленных площадок, не прошедшие очистку до установленных требований;

· в пределах первого и второго поясов зон санитарной охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, округов санитарной охраны курортов, в водные объекты, используемые для лечебных целей, а также в местах массового скопления рыб;

· содержащие возбудителей инфекционных заболеваний, а также содержащие вещества, концентрации которых превышают ПДК и их фоновые значения в водном объекте, если для них не установлены нормы предельно допустимого сброса (ПДС), указанные в разрешении на сброс сточных вод.

Запрещается сброс в водные объекты, на поверхность ледяного покрова и водосбора, а также в системы канализации, пульпы концентрированных кубовых осадков, шламов, образующихся в результате обезвреживания сточных вод, других технологических и бытовых отходов. Не допускаются утечки в водные объекты от нефте- и продуктопроводов, а также сброс мусора. Не допускается сброс грунта, мусора, строительных и других материалов в водные объекты.

Предприятия должны обеспечивать санитарное состояние подведомственной территории и не допускать вынос через дождевую канализационную сеть мусора и отходов производства. Не допускается производить в водных объектах и на их берегах мойку транспортных средств, других механизмов, а также проведение любых работ, которые могут явиться источником загрязнения вод.

С целью предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения водных объектов создаются водоохранные зоны. В их пределах устанавливаются прибрежные защитные полосы, на территориях которых вводятся дополнительные ограничения природопользования. Для промышленных предприятий, в соответствии с требованиями Постановления Правительства РФ от 23 ноября 1996 года N 1404, в пределах водоохранных зон запрещаются:

· размещение складов ядохимикатов, минеральных удобрений и горюче-смазочных материалов, мест складирования и захоронения промышленных и бытовых отходов, накопителей сточных вод;

· складирование мусора;

· заправка топливом, мойка и ремонт автомобилей и других машин и механизмов;

· размещение стоянок транспортных средств;

· проведение без согласования строительства и реконструкции зданий, сооружений, коммуникаций и других объектов, а также землеройных и других работ.

Участки земель в пределах прибрежных защитных полос предоставляются для размещения объектов водоснабжения, водозаборных, портовых и гидротехнических сооружений при наличии лицензий на водопользование, в которых устанавливаются требования по соблюдению водоохранного режима. Прибрежные защитные полосы, как правило, должны быть заняты древесно-кустарниковой растительностью или залужены.

Поддержание в надлежащем состоянии водоохранных зон и прибрежных защитных полос возлагается на водопользователей. Собственники земель и землепользователи, на землях которых находятся водоохранные зоны и прибрежные защитные полосы, обязаны соблюдать установленный режим использования этих зон и полос.

В процессе эксплуатации промышленных объектов возможны аварийные сбросы сточных вод, случайные переливы жидких продуктов производства и полуфабрикатов из емкостей и открытых продуктопроводов, разрывы трубопроводов в результате коррозии и дефектов монтажа и т.п. Для исключения возможности загрязнения окружающей среды сточными водами и жидкими продуктами производства предусматривают:

· устройство дублирующих трубопроводов для своевременного отключения аварийных участков;

· применение оборудования и трубопроводов, стойких к коррозийному и абразивному воздействию агрессивных жидких сред;

· устройство емкостей и накопителей с соответствующими коммуникациями для аккумуляции аварийных сбросов сточных вод;

· обвалование технологических площадок и сооружений, на которых возможны аварийные сбросы сточных вод и жидких продуктов, с созданием системы сбора ливневых вод с этих площадок;

· перекачку продуктов аварийных сбросов обратно на производство или очистные сооружения проектируемого объекта;

· создание системы сбора загрязненного поверхностного стока с территории предприятия с последующей передачей его на очистные сооружения.

Все водопользователи должны иметь планы ликвидации аварий, содержащие указания по оповещению заинтересованных служб и организаций, перечень сооружений и территорий, подлежащих особой защите от загрязнения (водозаборы, пляжи и др.), порядок действий при возникновении аварийных ситуаций, перечень требуемых технических средств, способ сбора и удаления загрязняющих веществ, а также режим водопользования в случае аварийного загрязнения водного объекта. Также все водопользователи должны иметь согласованные со специально уполномоченными органами планы мероприятий, обеспечивающие функционирование предприятий в случае аварийного загрязнения водного объекта другими предприятиями или судами.

Нарушение требований по охране и рациональному использованию водных объектов влечет за собой ограничение, приостановление или запрещение эксплуатации хозяйственных и других объектов, влияющих на состояние водных объектов.

В соответствии с Водным Кодексом Российской Федерации, водопользователи при использовании водных объектов обязаны вести в установленном порядке учет забираемых, используемых и сбрасываемых вод, а также количества загрязняющих веществ в них. Данные первичного учета используются для заполнения формы государственной статистической отчетности 2ТП-водхоз, составления проектов планов по охране и рациональному использо­ванию водных ресурсов, правильного внесения платежей за негативное воздействие на окружающую среду и за водопользование.

Данные первичного учета, заносятся в типовые формы ПОД-11 "Журнал учета водопотребления (водоотведения) водоизмерительными приборами и устройствами", ПОД-12 "Журнал учета водопотребления (водоотведения) косвенными методами" и ПОД-13 "Журнал учета качества сбрасываемых сточных вод".

Нормативы допустимых сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду разрабатываются с целью предотвращения нарушения равновесия в окружающей природной среде, а также обеспечения охраны жизни и здоровья населения и

устанавливаются, исходя из условия недопустимости превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ в водных объектах. Для каждого предприятия-водопользователя нормирование сбросов загрязняющих веществ со сточными водами в водные объекты производится путем установления предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ со сточными водами (ПДС) и планов мероприятий по достижению уровня ПДС со сроками их реализации.

Нормативы предельно допустимых сбросов (ПДС) устанавливаются для каждого выпуска сточных вод действующего предприятия - водопользователей, исходя из условий недопустимости превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК) в контрольном створе или на участке водного объекта с учетом его целевого использования, а при превышении ПДК в контрольном створе - исходя из условия сохранения состава и свойств воды в водных объектах, сформировавшихся под влиянием природных факторов. При этом учитываются ассимилирующая способность водного объекта и оптимальное распределение массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды. В случае одновременного использования водного объекта для различных целей к составу и свойствам воды принимаются наиболее жесткие нормы из числа установленных. Если в водном объекте под воздействием природных факторов по отдельным веществам превышается ПДК, то для этих водных объектов могут разрабатываться региональные нормы качества воды.

При невозможности соблюдения нормативов допустимых сбросов веществ могут устанавливаться лимиты на сбросы на основе разрешений, действующих только в период проведения мероприятий по охране окружающей среды, внедрения наилучших существующих технологий и (или) реализации других природоохранных проектов с учетом поэтапного достижения установленных нормативов допустимых сбросов веществ. Временно согласованные лимиты сбросов загрязняющих веществ в водные объекты устанавливаются предприятиям, исходя из необходимости поэтапного достижения нормативов ПДС загрязняющих веществ в водные объекты, и сроки достижения нормативов ПДС. Установление лимитов на сбросы допускается только при наличии планов снижения сбросов.

В целях достижения нормативов ПДС водопользователями разрабатываются планы водоохранных мероприятий, включающие в себя работы по восстановлению, рациональному использованию и охране водных объектов. По мере осуществления отдельных этапов планов водоохранных мероприятий по достижению нормативов ПДС лимиты пересматриваются в сторону их уменьшения с учетом внедрения наилучших имеющихся технологий по очистке сточных вод, а также с учетом возможности внедрения экологически чистых технологий основного производства, включая ограничение применения опасных веществ и материалов. Продолжительность осуществления плана водоохранных мероприятий по достижению нормативов ПДС и его этапов устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от степени риска для здоровья населения, экологического состояния водного объекта и его биоресурсов, социально - экономических факторов, наилучших имеющихся отечественных и зарубежных технологий.

Нормативы ПДС разрабатываются водопользователем или по его заказу научной, проектной или иной организацией на основании расчетных материалов по нормативам предельно допустимых воздействий на водные объекты, а при отсутствии таковых - исходя из недопустимости превышения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в водных объектах (ПДК), определенных с учетом целевого использования этих объектов.

Проект нормативов допустимых сбросов (ПДС) в окружающую среду со сточными водами разрабатывается предприятием-водопользователем в соответствии с ГОСТ 17.1.3.13-86 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения» и другой действующей нормативно-методической документацией (см. приложение 3.2.).

Разработанные нормативы ПДС согласовываются водопользователями с территориальными органами санитарно-эпидемиологического надзора, Росгидромета, территориальными (бассейновыми) органами Госкомрыболовства России. Согласованные нормативы ПДС утверждаются в установленном порядке территориальным (бассейновым) органом МПР России. Нормативы допустимых сбросов в окружающую среду со сточными водами устанавливаются на срок не более 5 лет. На основании норматива допустимых сбросов водопользователю ежегодно выдается разрешение на сброс загрязняющих веществ.

Теоретические основы метода Фролова-Родзиллера

Одним из наиболее широко применяемых методов расчета разбавления сточных вод в водотоках является метод ВОДГЕО, предложенный в 1950 г. В.А. Фроловым и существенно дополненный и уточненный И.Д. Родзиллером. В данной методике расчет перемешивания сточных вод с водами речного потока производится при помощи уравнения Фролова-Родзиллера. Существует также детальный метод Караушева, экспресс-метод ГГИ, метод УралНИИРХ, разработанный И.С. Шаховым и В.В. Мороковым, метод Лапшева. Методика описана также в книге [7, с. 76-83].

Уравнение материального баланса смешения сточных вод предприятия, имеющих концентрацию загрязняющего вещества С₀, с водой водоема, где фоновая концентрация загрязняющего вещества С₁, с учетом коэффициента смешения g составляется следующим образом:

Схема смешения сточной воды с водой водотока

Фоновый поток вредного вещества, g ∙Q∙С₁, г/с

Поток вредного вещества в сточной воде, q₀·C₀, г/с

Рис. 1

Уравнение материального баланса (по вредному веществу) смешения сточных вод предприятия с частью водного потока реки, участвовавшего в процессе смешения на отрезке между створом выпуска сточной воды и контрольным створом:

(1)

где q₀ - расход сточных вод предприятия, м³/с;

C₀ - концентрация вредного компонента в сточных водах предприятия, мг/л, (или, что то же самое, г/м³);

γ - коэффициент смешения, определяющий долю речного потока, участвующего в процессе смешения, (см. уравнение Фролова-Родзиллера);

Q - расход воды в реке, м³/с;

C₁ - фоновая концентрация вредного компонента в реке выше точки выпуска стоков, мг/л, (или, что то же самое, г/м³);

C₂ - концентрация вредного компонента в реке после смешения со сточными водами, мг/л, (или, что то же самое, г/м³).

Из уравнения материального баланса (1) определяется концентрация вредного компонента в реке после смешения со сточными водами:

(2)

Коэффициент смешения γ для проточных водоемов определяется по уравнению Фролова-Родзиллера:

(3)

Параметр β определяется по формуле:

(4)

где L - расстояние от точки выпуска сточных вод в водоем до контрольного створа, км;

α - коэффициент, учитывающий гидравлические параметры водотока на участке смешения.

Расчет α проводится по формуле:

(5)

где ξ - коэффициент, зависящий от точки выпуска сточных вод в водоем; при выпуске с берега он равен 1, при выпуске в стрежень реки равен 1,5;

φ - коэффициент извилистости реки;

D - коэффициент турбулентной диффузии для речного потока, м²/с.

Коэффициент извилистости рассчитывается по формуле:

(6)

где l - расстояние по прямой от точки выпуска сточных вод до контрольного створа, км.

Коэффициент турбулентной диффузии D для равнинных рек рассчитывается по формуле:

(7)

где υ_ср - средняя скорость течения на участке между выпуском сточных вод и контрольным створом, м/с;

Н_ср - средняя глубина реки на том же участке, м.

При наличии в сточной воде нескольких вредных компонентов для каждого из них расчет С₂ проводится по формуле (2). Остальные параметры по формулам (3-7) пересчитывать нет необходимости.

Если среди вредных компонентов стоков присутствуют только компоненты, имеющие различные лимитирующие признаки вредности, то критерием допустимости выпуска стоков в проточный водоем служит условие, применяемое отдельно к каждому компоненту:

(8)

Если в стоках присутствуют несколько компонентов с одинаковым лимитирующим признаком вредности, то критерием допустимости выпуска стоков в проточный водоем служит условие:

, (9)

где ПДК₁, ПДК₂, ПДК_n – предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового водоиспользования и для рыбохозяйственных целей.

Если условия (8) и (9) выполняются, то на предприятии достигается нормируемая степень очистки стоков. В противном случае принимают организационно-технические решения для дополнительного снижения концентраций вредных компонентов в стоках. Затем проводится повторный расчет для проверки выполнения условий (8) и (9).

Расчет нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей

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

НДС =q Сндс (1)

Алгоритм расчета величины НДС представлен в приложении 1.

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

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

Сндс=n( - )+ (2)

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

- фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке (г/м³) выше выпуска сточных вод, определяемая в соответствии с действующими методическими документами по проведению расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков;

- кратность общего разбавления сточных вод в водотоке, рав­ная произведению кратности начального разбавления на кратность основного разбавления ( основное разбавление, возникающее при перемещении воды от места выпуска к расчетному створу)

(3)

С учетом неконсервативности загрязняющего вещества расчет­ная формула имеет вид:

Сндс= n( e^kt- )+ (4)

где: - коэффициент неконсервативности органических веществ, показывающий скорость потребления кислорода, зависящий от характера органических веществ, 1/сут;

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

Значения коэффициента неконсервативности принимаются по данным натурных наблюдений или по справочным данным и пересчитываются в зависимости от температуры и скорости течения воды реки.

При установлении НДС по БПК расчетная формула имеет вид:

Сндс= n(( - )e^k0t - )+ (5)

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.

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.

Определение норматива допустимого сброса по концентрации взвешенных веществ. Допустимая концентрация взвешенных веществ m, в спускаемых в водоем сточных водах определяется по уравнению (в соответствии с санитарными правилами):

(6)

откуда

(7)

где - коэффициент смешения, определяемый по формуле (22);

b – содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод, г/м³; р – допустимое по санитарным правилам увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод, г/м³; Q, q – расходы соответственно речных и сточных вод, м³/сут.

Определение норматива допустимого сброса по БПК_полн.При расчете учитывается снижение БПК воды за счет разбавления и биохимических процессов самоочищения сточных вод от органических веществ в летний период.

Баланс биохимической потребности в кислороде смеси речной и сточной вод в расчетной точке (без учета реаэрации) выражается уравнением:

(8)

где L_ст. – БПК_полн. сточных вод, которая должна быть достигнута в процессе очистки, г/м³; L_р. – БПК_полн. речной воды до места выпуска сточных вод, г/м³; L_пр.д. – предельно-допустимая БПК_полн. смеси речной и сточной воды в расчетном створе, г/м³; k_ст и k_р – константы скорости потребления кислорода сточной и речной водой; t – продолжительность пробега воды от места выпуска сточных вод до расчетного пункта, равная отношению расстояния по фарватеру от места выпуска вод до расчетного створа к средней скорости течения воды в реке на данном участке, сут.;

- коэффициент смешения, определяемый по формуле (22).

Отсюда

(9)

3.3.5 Программное обеспечение расчета НДС

Программа «ПДС-Эколог», разработанная Фирмой «Интеграл» при участии специалистов Государственного Гидрологического института (ГГИ), предназначена для расчета предельно-допустимых сбросов (ПДС) предприятий-водопользователей в водные объекты и автоматизации расчетной части нормативов ПДС.

Расчет ПДС производится для отдельных выпусков предприятий в водные объекты с применением нормативных требований как к самим сточным водам, так и к составу и качеству вод в контрольном створе водопользования. Во втором случае выполняется расчет кратности разбавления (смешения) сточных вод с водами водного объекта-приемника.

Расчет кратности разбавления осуществляется для водотоков, водоемов и прибрежных зон морей согласно нормативным документам и рекомендованным методикам расчета (ГГИ, ВОДГЕО и т.д.).

В состав комплекса входят следующие программные модули:
Введение баз данных

Модуль обеспечивает создание и ведение баз данных по следующим объектам:

-предприятия-водопользователи;

-выпуски сточных вод – характеристики выпусков, состав и качество сточных вод;

-водные объекты и контрольные створы водопользования – гидрологические и гидрохимические характеристики;

-данные отбора проб – результаты анализов проб воды в контрольных створах и сточных водах, для последующей обработки;

-показатели качества воды – справочник веществ с их описанием, методами определения и утвержденными значениями ПДК для всех категорий водопользования;

-контрольно-справочная информация – различного рода гидрологические и др. классификаторы, используемые при ведении баз данных и выполнении расчетов.

Расчетный модуль

Расчет ПДС осуществляется с контрольными установками пользователя и полностью им контролируется. Результаты расчетов, а также любые данные всех электронных таблиц программы автоматически внедряются в программы Microsoft Word и Excel (Office 97 и выше) или могут быть записаны в текстовые файлы или другие электронные таблицы. Результаты расчетов кратности разбавления сточных вод, выполненные по различным методикам, могут быть также представлены на экране в графическом виде.

Пользователям представляются большие возможности корректировки и оптимизации выполнения расчетов. В ходе выполнения расчета создается файл протокола (в формате Microsoft Word), в котором фиксируются все расчетные установки, в используемые формулы подставляются рассчитанные значения, формируются промежуточные и основные таблицы с результатами расчетов. Файл протокола может использоваться при оформлении отчетной документации.

Расчет распространения загрязняющих веществ проводится на основе выбранных методов расчета кратности разбавления. Определяются концентрации веществ в водном объекте на любом расстоянии от места выпуска сточных вод. Распределение концентраций загрязняющих веществ для каждого метода расчета представляется в табличном и графическом виде.

Обработка данных отбора проб

Модуль обработки данных наблюдений за качеством воды (отбора проб) позволяют получать различного рода расчетные данные, характеризующие состояние водных объектов, выявлять тенденции (динамику) изменения качества вод во времени и пространстве по всем требованиям МПР, автоматически рассчитывать фоновые характеристики загрязняющих веществ в различных створах водного объекта и концентрации веществ в сточных водах.

Формируются следующие формы отчетов:

- суммарный отчет за период (расчет средних, максимальных, минимальных и других значений);

- отчет за период по датам;

- отчет на заданную дату;

- изменение средней концентрации по годам;

- изменение концентраций за год;

- расчет ИЗВ за выбранный период;

- расчет ИЗВ по годам;

- динамика изменения концентрации.

Модуль обмена данными

Для обмена данными между программами «ПДС-ЭКОЛОГ», расположенными на различных компьютерах, архивации данных и т.д. разработаны специальные форматы хранения данных, с помощью которых обеспечивается автоматизированный экспорт (импорт) пользовательских баз данных и результатов расчетов.
С помощью мастера создания форматов обмена данными пользователь может самостоятельно настроить собственные форматы экспорта/импорта данных в файлы:

- текстового - процессор Microsoft WORD (Office 97 и выше);

- электронные таблицы Microsoft EXCEL (Office 97 и выше);

- текстовые файлы ASCII (с форматированием полей или разделителем);

- электронные таблицы формата DBASE;

- электронные таблицы формата PARADOX;

- электронные таблицы формата FOXPRO.

Дополнительные возможности

К программному комплексу могут подключаться дополнительные программы, которые будут работать с уже сформированными пользователями базами данным.

В частности, это программа, предназначенная для расчетов поверхностного стока с территории предприятий, и программа для обработки таблиц 2-ТП (Водхоз).

Программный комплекс имеет удобный пользовательский интерфейс, обширную контекстно-зависимую справочную систему с рекомендациями по расчету ПДС и методиками расчета кратности разбавления сточных вод.

Программа поставляется с несколькими контрольными примерами.