Фев 09 2001

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО-ДОПУСТИМЫХ РАЗОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ, СБРАСЫВАЕМЫХ В КАНАЛИЗАЦИЮ

Опубликовано в 19:42 в категории Вода и здоровье

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО-ДОПУСТИМЫХ РАЗОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ, СБРАСЫВАЕМЫХ В КАНАЛИЗАЦИЮ

С.И. Эпштейн, З.С. Музыкина

НПФ "Технология" СВНЦ НАН Украины, г. Харьков

Излагаемая ниже методика была разработана в ходе проведения авторами исследований на Кременчугской кондитерской фабрике и может быть использована при определении допустимых концентраций загрязнений (ДК) в сточных водах предприятий при сбросе их в хоз-бытовую канализацию или на очистные сооружения группы объектов.

Допустим, в некотором населенном пункте, имеющем действующую канализационную сеть и сооружения для очистки хоз-фекальных стоков при расходе Q и средней концентрации загрязненности по некоторому компоненту Cср, осуществляется подключение к сети нового предприятия с расходом сточных вод Q¢.

Как известно [1], очистные сооружения рассчитываются по концентрации Cср.расч загрязнений в среднесуточной пробе. При этом зачастую незначительные колебания значений концентраций в стоках, поступающих на очистные сооружения, не оказывают видимого влияния на степень очистки, т.е. не нарушают работы сооружений, если Cср

Пусть Cmin и Cmax минимальная и максимальная концентрации загрязняющего компонента в стоках, которые определены на основе многократных анализов, а Cmax - концентрация, при которой еще не наблюдается нарушения работы очистных сооружений (при условии, что концентрация Cср в среднесуточной пробе не превосходит Cср.расч при обычных условиях образования общего стока). Очевидно, что Cmax.доп £ Cmax .

Ввиду того, что С зависит от множества случайных факторов, можно считать, что (при нормальной работе сооружений) С ¾ случайная величина с плотностью распределения р(С) математическим ожиданием Cср. При этом можно принять

р(С)dc » 1   

В дальнейшем удобно перейти к объему G загрязнений, поступающих на очистные сооружения в единицу времени (например в час) и к его численной величине G = C×Q и говорить о значениях Gср, Gmin, Gmax, Gmaxдоп, p(G). При этом, как следует из вышеизложенного, если G £ Gmax и Gср£ Gср. расч работа очистных сооружений не нарушается.

Концентрация загрязнений С¢ и их объем G\’ в сточных водах рассматриваемого объекта также являются случайными величинами (G\’=С\’Q\’) с математическими ожиданиями C\’ср и G\’ср. Здесь также наблюдаются и максимальные значения C\’max и G\’max. Предполагается, что все эти значения C\’ср, G\’ср, C\’max и G\’max определены при нормальном технологическом процессе, а не при залповых сбросах загрязнений, связанных с нарушением. Закономерно потребовать, чтобы выполнялось условие:

Gср + G\’ср £ Gср. расч              (2)

Допустим, что для рассматриваемого предприятия условие (2), как это установлено на основе проведенных экспериментов с отбором и анализом N\’проб, выполняется. Обычно службы управления водопроводного и канализационного хозяйства, осуществляющие периодический контроль стоков предприятия, устанавливают для данного предприятия некоторую максимально-допустимую концентрацию C¢доп ³ C¢ср = G¢ср /Q\’ и требуют, чтобы содержание загрязнений в разовых пробах не превышали C\’доп. Однако, представляется, что могут быть допущены и более высокие значения разовых концентраций. Это обусловлено тем, что случайные величины С и С\’ (или G и G\’) являются независимыми, и появление больших значений С\’ не обязательно совпадает по времени с большими значениями концентрации С, в стоке, поступающем на сооружения от других объектов, т.е. вероятность одновременного появления максимальных значений G и G\’, при котором могло бы оказаться, что G + G\’ > Gmax доп, сравнительно невелика.

Следовательно, целесообразно определить такую максимально-допустимую концентрацию C\’max доп загрязнений в сточных водах предприятия и связанный с ней объем загрязнений G\’max доп, при котором вероятность q того, что очистка может ухудшиться, не превышала бы некоторой малой величины (например, q = 0.005 = 0.5%).

Для случайной величины G\’ на основе анализа N¢ проб, отобранных из сточных вод рассматриваемого предприятия, можно построить эмпирическую функцию распределения Р(G\’) вероятности поступления объема загрязнений G\’ [2]. Аналогичным образом можно построить и функцию распределения величины G . Можно же, как это часто делается при статистической обработке результатов наблюдения [2], считать, что величина G распределена по закону, которая является суммой множества случайных величин Gк (Gк – объем загрязнений от каждого предприятия, вносящего свой вклад в формирование общего стока), распределена по закону близкому к нормальному, т.е. плотность вероятности р(G) имеет вид:

р(G) =

;

(3)

где Gi ¾ значения объемов загрязнений определенные по разовым пробам; N ¾ число проб.

Т.к. величины G и G\’ независимы, то плотность (G, G\’) вероятности равна

(G, G\’) = (G) p(G\’)

Если величина G распределена по нормальному закону, то область изменения функции Р в координатах G, G¢ представляет собой полосу L 0£ G £ ¥, при этом 0 £ G\’ £ Gmax.

          Вероятность события (G + G\’ ) > Gmax доп записывается так:

 =

(4)

где L1 ¾ часть полосы L, расположенная правее прямой: G + G¢ = Gmax доп.

В то же время до подключения рассматриваемого предприятия вероятность события G > Gmax доп  составляла Р(G ³ Gmax доп). При нормальном распределении величины G имеем:

(5)

Если

Р(G+G\’ ³ Gmax доп ) ¾ Р(G ³ Gmax доп) £ q

(6)

то это значит, что вероятность ухудшения работы очистительных сооружений после подключения нового предприятия не превысит q. Если же условие (6) не выполняется, то функцию распределения Р(G\’) следует "исправить". Практически это означает, что необходимо усовершенствовать технологический процесс или улучшить очистку стоков нового предприятия настолько, чтобы максимальные значения G\’ не выходили за пределы некоторого G\’max доп .

Чтобы избежать громоздких вычислений, можно при расчетах интеграл по L1  в выражении (4) заменить с запасом бóльшим по величине интегралом по полубесконечной полосе: G\’ = 0; G\’ = G\’max; G = Gmax доп ¾ G\’max. В этом случае необходимо выполнение условия:

(7)

Вычисление sc можно осуществить по аналогии с s (см. формулу (3)) с заменой G на С. Определив по экспериментальным данным величины Сср, Сmax, sc и произведя замену Z = (C - Сср )/sc, с помощью таблиц интеграла Лапласа легко подобрать С¢max доп, при котором выполняется условие (7).

Этот метод может быть использован и для перерасчетов допустимых  концентраций в стоках действующего предприятия. При этом следует принять: Q = Qo - Q¢; Сср= С°ср - С¢ср; , где Qo, Сср, so – величины, относящиеся к общему стоку, который включает и сточные воды рассматриваемого предприятия.

Данный метод был использован авторами при определении допустимых концентраций в сточных водах Кременчугской кондитерской фабрики (ККФ). Проиллюстрируем его на примере определения допустимой концентрации ХПК. В период обследования среднее значение ХПК в сточных водах ККФ составило Сср = 595, что не выходило за пределы допустимого значения ДК = 700, установленного до этого Кременчугским ПУВКХ, однако максимальные разовые концентрации достигали 2000мг/л и более. (При этом s¢ » s¢ » 450). По данным Кременчугского ПУВКХ, среднее значение ХПК в воде, поступающей на очистные сооружения, составило С 0ср= 312,63 мг/л при колебаниях от 199 до 590 и значении s0c=101. При этом ухудшения работы городских очистных сооружений не наблюдалось.

Ставится задача: определить, при какой максимальной разовой концентрации С¢max в стоках ККФ концентрация ХПК в общем стоке с вероятностью 99,5% (Pд = 0,995, следовательно q = 0,005) не превысит Сmax=590 мг/л, т.е. эффективность очистки сточных вод по ХПК не снизится.

По данным ПУВКХ Q¢/Q°»100, т.е. Q¢/Q°» Q¢/(Q°– Q¢) » 99 (Q°- общий сток). На основании известных теорем о математическом ожидании и дисперсии суммы случайных величин [2], получим

Сср = С 0ср - С¢ Q¢/Q = 312,63 - 6,01 = 306,62;   sc » s 0c

Используя формулу (7) с заменой переменных Z =(C - Сср)/sc и воспользовавшись таблицами интеграла Лапласа, находим, что, исходя из условия q=0,005, нижний предел в интеграле, полученном после замены, должен быть равен Zн= 2,58, т.е. (Сmax - С¢max× Q¢/Q - Сср )/101 = 2,58, где Сmax= 590, Сср = 306,62.

Отсюда С¢max » 2235 мг/л (т.е. ХПКmax = 2235). Аналогичным образом были найдены значения: СFe max = 10,4 мг/л, Сэфирораств. max = 1200 мг/л. Эти значения были рекомендованы в качестве максимальных разовых концентраций.

В настоящее время, как правило, разовые пробы на выпусках сточных вод предприятий отбираются 2-3 раза в месяц. Если концентрация С в последней пробе превышает С¢доп считается, что предприятие нарушило условия сброса, на него накладывается штраф. Иногда назначается повторный контрольный забор проб. Считаем целесообразным при контрольном заборе отбирать несколько проб в течение суток, определять С¢ср и С¢max и, если они удовлетворяют условиям С¢ср £С¢доп, С¢max £С¢max доп,

не налагать на предприятие штрафных санкций.

Литература

1. Строительные нормы и правила. Канализация. Наружные сети и сооружения (СНиП 2.04.03-85) — М.:Государственный комитет СССР по делам строительства, 1986. - 72с.

2. Смирнов Н.В.,Дунин-БорковскийИ.В.; Курс теории вероятностей и математической статистики. — М.:Наука, 1969г.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.