Файл: Вопросы водного хозяйства [сборник]..pdf

ОЧИСТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

П. Д. ГАТИЛЛО, Н. А. ПРАВОШИНСКИЙ

О ПРИНЦИПАХ РАСЧЕТА ПРУДОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ СТОКА С ЗАСТРОЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Города СССР канализированы преимущественно по раздельной системе. В этих условиях значительным источником загрязнения водоемов выступает сток, отво­ димый по дождевой канализации. К нему относятся дож­ девые, талые и моечные (формирующиеся при уборке городской территории), а также сбрасываемые промыш­ ленными предприятиями условно-чистые воды.

К возможным мерам охраны водоемов от загрязне­ ния относится очистка этих стоков в специальных пру­ дах. На параметры прудов определяющее влияние ока­ зывает сток дождевых вод. Величина этого стока и ка­ чество его вод зависят от слоя и интенсивности осадков, продолжительности предшествующего периода сухой по­ годы. Поэтому сток дождевых вод характеризуется боль­ шой амплитудой колебания расходов и концентрации за­ грязнений. Основным требованием, предъявляемым к прудам, является обеспечение возможности регули­ рования расходов и качества сбрасываемых стоков. Ему, по нашему мнению, отвечают пруды, имеющие два водо­ сбросных отверстия, расположенные на разных уровнях. Одно из них предназначается для пропуска максималь­ ных расходов во время паводка, которые невозможно полностью задержать в пруду, второе отверстие устрое­ но для пропуска небольших расходов как в период вы­ падения дождей, так и в период сухой погоды с целью опорожнения пруда и подготовки его к приему стока по­ следующих дождей.

Пропускная способность отверстий должна быть та­ кой, чтобы сбрасываемый расход в период расчетных условий не вызывал загрязнения водоприемника выше допустимых пределов.

В настоящее время нет прямых указаний относитель­ но того, что следует понимать под расчетными условия­

111

ми. Известны лишь положения Правил охраны поверх­ ностных. вод от загрязнения сточными водами о том, что для рек в бытовом состоянии расчетным следует считать наименьший месячный расход воды в году с вод­ ностью 95%-ной обеспеченности [4]. При проектировании объектов канализации рекомендуется дождевые сети населенных мест проектировать на расчетную интенсив­ ность дождя <720 с периодом однократного превышения р=^0,25—20 в зависимости от метеорологических усло­ вий, рельефа, площади водосбора и значимости объек­ тов [6].

Приведенные положения прямо не увязываются меж­ ду собой. Несопоставимость изменчивого режима поступ­ ления загрязнений, содержащихся в стоке дождевых вод, с более или менее постоянным режимом поступле­ ния загрязнений, содержащихся в коммунально-бытовых и промышленных стоках, ставит под сомнение допусти­ мость принятия в качестве расчетного минимального ме­ сячного расхода 95%-ной обеспеченности при оценке влияния стока дождевых вод на приемники (QMhh. мес. 95)-

В связи с этим целесообразно перенести в практику расчетов очистных сооружений и влияния сбрасываемых из дождевой канализации стоков на качество воды в во­ доприемниках принятие той же среднегодовой продол­ жительности всех возможных случаев загрязнения при­ емников сверх предельно допустимых концентраций (ПДК), а также примерно такой же продолжительности периодов расчетной повторяемости с непрерывным пре­ вышением ПДК, которые получились бы при сбросах промышленно-бытовой канализации, рассчитанных на указанный выше расход речных вод <2МИН. мес. 9 5 -

Дело в том, что даже в месяц со средним расходом, равным расчетному, в течение определенного количества суток в водоприемнике наблюдаются расходы меньше средних. Суточные расходы, меньшие расчетного месяч­ ного, наблюдаются и в другие месяцы.

Полагая, что во все сутки с расходами меньшими, чем расчетный, будет наблюдаться загрязнение прием­ ника стоком промышленно-бытовой канализации сверх ПДК, можно определить характеристики повторяемости и продолжительности этих периодов загрязнения водо­ приемника. Они совпадут с характеристиками повторяе­ мости и продолжительности периодов с расходами, меньшими расчетного С?м и н . м е с . 9 5 - Методика построения

112

таких характеристик меженного стока рек изложена

вработах А. Г. Каска [2] и И. М. Филиппович [7].

Врезультате определения качества воды в приемнике стоков дождевой канализации на основе использования многолетних рядов синхронных наблюдений за атмо­ сферными осадками и речным стоком могут быть опре­ делены аналогичные характеристики повторяемости и продолжительности периодов с загрязнением приемника

сверх ПДК. Сопоставляя их с указанными характери­ стиками периодов с минимальными бытовыми расхода­ ми данного приемника, меньшими расчетного, можно получить суждение о приемлемости разрабатываемых вариантов мер по охране приемника от загрязнения сто­ ком дождевой сети.

Исходными материалами для расчета прудов являют­ ся: материалы наблюдений за атмосферными осадками, данные о характеристиках бассейна их стока, режимах количества и качества поступающих стоков, расходах и качестве воды в приемнике выше створа сброса.

Сам же расчет пруда заключается в определении ве­ личины его емкости и режима сброса стоков, которые обеспечивали бы сохранение требуемого качества воды в водоприемнике.

Емкость пруда условно можно разделить на три час­ ти, каждая из которых имеет свое функциональное на­ значение: 1) под нижним водосбросным отверстием на­ ходится мертвый, несрабатываемый объем, необходимый для разбавления стоков, поступающих в пруд при низ­ ких отметках (сток малых дождей, поступление моечных и условно-чистых вод), и снижения концентрации за­ грязнений в сбрасываемом расходе, а также для задер­ жания выпадающих взвесей; 2) между нижним и верх­ ним водосбросными отверстиями находится регулирую­ щий объем, служащий для задержания части стока (разности между поступающим и пропускаемым через нижнее отверстие); 3) выше верхнего водосбросного от­ верстия находится объем форсировки, необходимый для трансформации самых высоких расходов дождевого сто­ ка с целью предотвращения перелива воды'через дамбы пруда, когда интенсивность притока превышает пропуск­ ную способность нижнего и верхнего водосбросных от­

верстий.

Общая схема расчетов сводится к следующему. Устанавливаются варианты мертвого объема пруда

113

и пропускной способности нижнего водосбросного отвер­ стия.

Используя многолетние ряды наблюдений за атмо­ сферными осадками и речным стоком (с учетом зарегу­ лирования и использования последнего на расчетном уровне) для принятых вариантов мертвого объема и про­ пускной способности нижнего водосбросного отверстия производятся расчеты изменения наполнения регулирую­ щей емкости пруда, а также качества стока, сбрасывае­ мого из пруда, и его влияние на качество воды в при­ емнике.

Производится анализ полученных результатов и при­ нимаются расчетные значения мертвого объема, про­

сбросных расходов и их влияния на качество воды в при­ емнике. Устанавливаются расчетные параметры этого отверстия.

Наконец, производится технико-экономический ана­ лиз различных комбинаций параметров мертвого, регу­ лирующего и форсировочного объемов, отметок ГМО, НПГ и ГФ, пропускной способности нижнего и верхнего водосбросных отверстий и на этой основе окончательно принимается то их сочетание, которое приемлемо по местным условиям, обеспечивает требуемые показатели качества воды в приемнике и удовлетворительные тех­ нико-экономические показатели.

Остановимся более подробно на каждом из выделен­ ных этапов расчета.

Всвязи с влиянием многих факторов на основные па­ раметры прудов расчет их следует вести методом после­ довательного приближения.

Впервом приближении значение мертвого объема можно принять равным объему стока дождя повторяе­ мостью один раз в год (р= 1). Кроме того,'рассматрива­

ются варианты меньших и больших значений объема. По зависимости

<гР(* д -* р )

114

определяется величина допустимого сбросного расхода <7сбрЗдесь Qp — расчетный расход водоприемника вы­ ше выпуска дождевой канализации, мг1сек (при оценке первого приближения qz(ip значение Qp принимается в размере минимального месячного 95%-ной обеспечен­ ности за летний период); Кр, КСбр> Кд — концентрация загрязнений соответственно в водоприемнике выше вы­ пуска дождевой канализации, сбрасываемых водах и предельно допустимая в водоприемнике.

Значения Кр и Кл определяются более или менее однозначно. Несколько сложнее с установлением вели­ чины /Сс6р, зависящей от сочетания ряда факторов. По­ этому рационально для оценки первого приближения 9сбр принять /Ссбр соответствующим качеству стока за дождь повторяемостью (р=1), выпадающий после пяти­ дневного периода сухой погоды. Следует учесть измене­

стия. При этом должны быть учтены возможные зна­ чения напора исходя из конкретных условий размеще­ ния пруда.

Кроме установленного в первом приближении вари­ анта размеров нижнего водосбросного отверстия, при­ нимают к анализу также варианты с более и менее значительными отверстиями.

После этого для принятых сочетаний значения мерт­ вого объема и размера нижнего водосбросного отвер­ стия ведутся расчеты наполнения пруда, расходов и качества сбрасываемых из него стоков и качества воды в приемнике.

Учитываются местные условия размещения пруда. Иногда по условиям сопряжения отметок выпуска кол­ лектора дождевой канализации и отметок горизонтов воды в приемнике возможная высота призмы сработки пруда бывает очень ограничена. Поэтому приходится увеличивать его площадь. К глубине прудов следует предъявить требование, чтобы она на протяжении боль­ шей части сезона удовлетворяла оптимальным условиям самоочищения вод от загрязнения (0,9—1,5 м) [1].

Для всего ряда имеющихся наблюдений за атмосфер­ ными осадками выполняется расчет регулирующей ем­ кости пруда в предположении работы только одного нижнего отверстия. На этой стадии расчетов потери во­

115

ды на испарение и фильтрацию из пруда могут не учи­ тываться.

Расчеты производятся с начала теплого периода при условном предположении нахождения в это время уров­ ня воды на отметке мертвого объема (ГМО). Расчеты ведутся по суточным отрезкам времени.

Приращение регулирующего объема воды в пруду за данные сутки определяется по выражению

где VAi — объем стока дождевых вод за данные сутки, ж3;

Русл, ч — суточный объем стока условно-чистых промышленных вод, ж3;

VM—• суточный объем притока моечных вод,

ж3;

ЛРсбр/ — объем сброса воды через водосброс за данные сутки, ж3.

Объем стока дождевых вод за данные сутки опреде­ ляется по выражению

где 10 — переводной коэффициент; Ф — коэффициент стока дождевых вод, принимае­

мый в зависимости от степени насыщенности водосбора водонепроницаемыми покрытиями, типа почв н величины осадков;

hL— сумма осадков за данные сутки (мм) при

/г ^ 1,5 мм, ф= 0;

ц— коэффициент неравномерности выпадения осадков по территории бассейна (зависит от величины орошаемой дождем площади);

F — площадь водосбора, га.

Значения Русл.ч и Рм определяются однозначно внешними условиями. Принимается, что в сутки выпаде­ ние дождя ]/ы=0, а в бездождевые сутки Удг=0.

Наиболее сложно нахождение А1/сбрг. Эта величина определяется следующим образом. В сутки выпадения дождя к регулирующему объему воды (на конец пре­ дыдущих суток) Vpi_i прибавляем половину прироста суммарного объема воды AVp/ от дождя и условно-чи­ стых промышленных вод

116

По зависимости V = f(Z), описывающей связь между объемом и уровнем воды Z в пруду и построенной для конкретных условий, находят отметку, соответствующую объему Vpi, а затем и напор над нижним водосбросным отверстием (Яиг) (как разность отметки указанного

где р — коэффициент расхода водосброса; © — площадь живого сечения водосбросного отвер­

стия, м2;

g— ускорение силы тяжести, м/сек2, и суточный объем сброса

А У с б р . H i = 7 с б р . н/ ' ^/ - ^ > (® )

Определяется второе приближение искомых величин. Для этого устанавливаются напоры в начале и конце суток и средний из них сопоставляется со значением #„г, использованным выше для определения ^с6рг. При со­ впадении результатов расчет продолжается для после­ дующих суток.

В бездождевые сутки приращение объема определя­ ется по выражению

117