Процеси самоочищення і самоочищуюча властивість водних об’єктів

Процеси самоочищення – це сукупність усіх природних (гідродинамічних, хімічних, мікробіологічних і гідробіологічних) процесів в забруднених природних водах, направлених на відновлення початкових властивостей та складу води водних об’єктів (ріки, водосховища, озера і ін.)

Видом забруднення (хімічні властивості, концентрація забруднювальних речовин і їх поєднання в стічних водах) визначається напрям і швидкість процесу самоочищення. Тому процеси відновлення природних властивостей води водойми або водотоку повинні розглядатись у тісному зв’язку з характером і кількістю забруднених стічних вод.

Одночасно і взаємозв’язано з розбавленням і перемішуванням стічних вод з природною водою відбуваються біохімічні і фізико-хімічні процеси перетворення речовин у водоймах. Після змішування і розбавлення забруднених стічних вод з природними водами визначаюча роль в процесі самоочищення належить біохімічним і фізико-хімічним процесам.

Процес перетворення органічних сполук в природних водах проходить ряд стадій. Часто проміжні продукти можуть бути більш токсичними, ніж вихідні сполуки. При вивченні процесів самоочищення потрібно знати ланцюг перетворень речовин і кінетику цих перетворень, щоб можна було прогнозувати склад води у часі. З цією метою необхідно:

- визначити відносну роль процесів (хімічне, біологічне, фотохімічне окислення, сорбція, коагуляція, комплексоутворення, утворення важкорозчинних сполук і ін.), як визначають швидкість перетворення у воді розповсюджених забруднюючих речовин;

- вивчити вплив головних факторів на швидкість перетворення окремих органічних і мінеральних сполук;

- визначити проміжні продукти перетворення забруднюючих речовин;

- вивчити і дослідити вплив органічних і мінеральних речовин на зміну складу і властивостей природних вод.

Розбавлення стічних вод водою незабруднених приток і підземними водами сприяє самоочищенню водних об’єктів. Внаслідок природного поступлення в гідрографічну мережу чистих природних вод відбувається розбавлення забруднюючих речовин, яке до того ж сприяє протіканню біохімічних процесів перетворення органічної речовини до нешкідливих продуктів.

Результати досліджень останніх років показали також стимулюючу дію перемішування води на інтенсивність мікробіологічних процесів.

Можна виділити п’ять головних напрямків в вивченні процесів розбавлення стічних вод природною водою і властивості до самоочищення водних об’єктів:

1) розробка методів розрахунку розбавлення і перемішування стічних вод у водотоках і водоймах при різних гідрологічних і гідродинамічних умовах;

2) виявлення хімічних процесів перетворення забруднюючих речовин у воді і донних відкладах;

3) встановлення ролі мікроорганізмів в самоочищенні водних об’єктів;

4) вивчення ролі процесів фотосинтезу;

5) дослідження механізму міграції забруднюючих речовин у підземних водах.

Традиційний шлях при вивченні самоочищення – сумарне врахування швидкостей перетворення забруднюючих речовин за допомогою узагальнених коефіцієнтів перетворення, які визначаються натуральними дослідженнями.

При забрудненні і самоочищенні будуть змінюватись фізичні властивості і хімічний склад води внаслідок дії наступних головних фізико-хімічних процесів:

- окисно-відновних перетворень речовини;

- реакцій полімеризації і конденсації;

- утворення колоїдних розчинів, процесів сорбції і десорбції, катіонного обміну;

- утворення важкорозчинних сполук;

- процесів виділення з води газів і легколетючих сполук;

- утворення комплексних сполук.

Зміни концентрацій забруднювальних речовин вниз по течії ріки або на окремих ділянках малопроточних водойм, направлення та швидкість процесів самоочищення в цих зонах обумовлюються дією вітру, аерації води, змінами температури, змінами та нахилами дна ріки або водойми. Процеси самоочищення при цьому будуть визначатись переважно або фізичними чи хімічними факторами, або розвитком фіто-, зоо- і бактеріопланктону (в озерах, ставках), або життєдіяльністю водного населення і фізичними і хімічними процесами (рівнинні ріки, добре проточні водосховища).

Якщо у водойму буде поступати дуже багато забруднених стічних вод, то процес самоочищення різко уповільниться або припиниться зовсім. В літній період, коли умови для життєдіяльності живих організмів сприятливі, водойма спроможна переробити велику кількість забруднюючих речовин. В зимовий період при низьких температурах води ріст і активність мікроорганізмів зменшується, а утворення льодоставу обмежує проникнення кисню і світла, що гальмує фотосинтез і процес самоочищення водних об’єктів уповільнюється.

Самоочищуюча властивість, або ступінь самоочищення (СС) окремих ділянок водних об’єктів виражається в процентах зменшення концентрації забруднюючої речовини відносно початкової концентрації:

де Сп і Ск – концентрації речовини відповідно на початковій і в кінцевій ділянці, мг/дм³.

Перетворююча властивість (ПС) виражається в кілограмах перетвореної на ділянці забруднюючої речовини, яка міститься у потоці і проходить через ділянку на протязі однієї години. Розраховується за формулою:

де Рп і Рк – годинне навантаження відповідно в початковому і кінцевому створі ділянки, кг;

- час протікання води між створами, год.

Якщо процес самоочищення води від забруднюючої речовини описується рівнянням реакції першого порядку, то константа швидкості К₁ сумарного процесу зменшення концентрації у воді забруднюючої речовини або показника забруднення (доба – 1) виражається у вигляді:

КОЕФІЦІЄНТИ РОЗПАДУ ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН

Коефіцієнти розпаду – це константа швидкості зменшення у воді концентрації забруднюючої речовини.

Коефіцієнту розпаду у воді забруднюючих речовин визначаються сумою взаємопов’язаних процесів, які протікають у водних об’єктах:

- біохімічного перетворення у водній товщі, у завислих речовинах, у донних відкладах;

- хімічного окислення розчиненим у воді киснем без участі молекулярного кисню та фотохімічного окислення;

- фізико-хімічних процесів – сорбції і осаду, коагуляції, утворення важкорозчинних сполук, виділення з води газів і легколетючих речовин, концентрування у піні і інших процесів.

Швидкість кожного процесу характеризується своїм коефіцієнтом, який залежить від ряду факторів: специфіки і активності мікрофлори, температури води, значення рН, інтенсивності сонячної радіації, механічного і мінералогічного складу завислих речовин і донних відкладів.

В найпростішому випадку для безприточних ділянок водотоків при рівномірному викиді стічних вод постійного хімічного складу може бути застосована формула, яка враховує розбавлення стічних вод природною водою і сумарний процес перетворення забруднюючої речовини нижче створу повного перемішування:

де С – коефіцієнт розпаду забруднюючої речовини;

Qр – витрата водотоку вище місця скиду стічних вод;

Qст – витрата стічних вод;

Ср – концентрації речовини в річковій воді вище місця стічних вод;

Сст – концентрація речовини в стічній воді.

Математичний вираз для розрахунку концентрації забруднюючої речовини у воді водотоку в любій точці нижче створу повного перемішування виглядає наступним чином:

де Сх – концентрація речовини в розрахунковому створі х;

t - час пробігу води до розрахункового створу.

Наступна формула може бути використана для визначення допустимої концентрації забруднюючої речовини в стічній воді, при який не було б перевищення значення ГДК по розглядаємому інгредієнту:

Для підтримки нормального санітарного стану водотоку, навантаження на нього стічних вод повинно бути обмежено, тобто обов’язкове дотримання умови:

Qст < [Ср Qp exp (- kt) - С_ГДК Qp] / [С_ГДК – Сст exp (- kt)]

Лекція №16 охорона поверхневих вод

Поиск по сайту: