Баланс забруднюючих речовин

Екологічне навантаження на водне

Середовище

Розглянемо питання оцінки екологічного навантаження на водне середовище. Такими показниками екологічного навантаження потоку консервативними речовинами служать перш за все абсолютна і відносна величини забруднення.

Так, якщо у воді концентрація даної речовини Ср = 0, то абсолютний показник загального навантаження виражається концентрацією цієї речовини, виходячи з умови балансу, за формулою

С_а = ,

де Q_р, Q_c – витрата води у водному об'єкті і в стоці;

С_с – концентрація речовини у стічних водах.

Якщо у воді концентрація даної речовини Ср > 0, то абсолютний показник загального навантаження виражається концентрацією цієї речовини за формулою

С_а = ,

де Qp, Qc - витрати води у водному об’єкті і в стоках;

Сс - концентрація речовини у стічних водах.

Величина Са в створі повного перемішування виражає дійсне значення концентрації домішки.

Для створів, розміщених між місцем скидання стоків і створом повного перемішування, величина Са лише умовно характеризує середню концентрацію. Показник Са дозволяє одержати повну характеристику навантаження водного об'єкта домішками протягом заданого проміжку часу.

Оцінку мінливості показника Са в часі можна подати як функцію забезпеченості РQ добових витрат води водного об'єкта за умови Qc = const і Сс = соnst.

Тоді забезпеченість Р_са (%) середньою концентрацією Са дорівнює Р_са = 100 – Р_Q .

Показник перевищення забрудненості води водного об'єкта щодо норми виражається забезпеченістю Рзабр стоку забрудненої води у конкретному створі. Забезпеченість Рзабр стоку розраховується за кількістю днів, необхідних для проходження через цей створ вод стоку від місця його випуску.

Іноді замість показника перевищення забезпеченості Рзабр стоку користуються показником неперевищення Р_чис забрудненості стічних вод щодо норми, тобто забезпеченості „чистого” стоку.

Показник неперевищення забрудненості стоку щодо норми, який виражає забезпеченість „умовно чистого” стоку Р_чис , %, дорівнює Р_чис = 100 – Р_{заг .}

Розглянемо оцінку відносної величини забруднення водного об’єкта консервативними речовинами.

Показник відносного екологічного навантаження забруднюючою речовиною визначається виходячи із співвідношення величини середньої концентрації речовини з гранично допустимим значенням концентрації:

К_доп = 1 ,

де ГДК – гранично допустима концентрація речовини у воді водойми.

Якщо Кд>1, то така вода називається брудною.

Якщо Кд<1, то така вода називається умовно чистою.

У разі Кд = 1 маємо граничні умови навантаження водного об'єкта забруднюючою речовиною, тобто випадок гранично допустимого забруднення водного середовища даною речовиною.

Отже, показник загального абсолютного екологічного навантаження на водний об’єкт і показник відносного еконавантаження консервативними речовинами служать для оцінки екологічного стану водного середовища.

Баланс забруднюючих речовин

У воді водного об’єкта

Розглянемо модель балансу забруднюючих речовин у воді водного об’єкта.

Результати досліджень балансу забруднюючих речовин у воді водних об’єктів дають базу, за якою стає можливим прогнозувати динаміку забруднення водного середовища за відомими характеристиками стічних вод скидів забруднюючих речовин у водні басейни.

Це дає можливість розробляти рекомендації щодо оптимального режиму цих скидів і визначати рівні гранично допустимого навантаження на водний басейн або, з іншого боку, необхідною для даного обсягу скидів асиміляційної місткості.

Якісно баланс забруднюючих речовин для водного об'єкта у цілому може бути виражений такою схемою:

∆С = (С_б + С_р + С_м + С_в + С_г + С_а) –

– ( + + + + ),

де ∆С – приріст концентрації речовини за період часу ∆t;

С_б – скидання з берега у даний водний об'єкт забруднюючих речовин у складі стічних вод;

С_р – внесення у даний водний об'єкт забруднюючих речовин з річковим стоком притоків цього водного об'єкта;

С_м – скидання безпосередньо у воду (із суден, естакад і т. п.);

С_в і - приплив і відтікання забруднюючих речовин при водообміні;

- розкладання хімічне;

– розкладання біохімічне;

С_а і – приплив і відтікання на межі фаз вода - повітря;

С_г і – приплив і відтікання на межі фаз вода - ґрунти.

Загальну модель розрахунку динаміки забруднення можна подати у вигляді рівняння для розрахунку середньої концентрації забруднюючих речовин на момент часу (t+1):

С_t+1 = Ct + ∆С, де ∆С = M_t+1 / V_t+1 - M_t / V_t ,

де Ct і С_t+1 – концентрація речовини у моменти t і (t+1);

Mt і M_t+1 – маса речовини на моменти t і (t+1);

V_t і V_t+1 – об'єм моря на моменти t і (t+1).

Наведемо рівняння у такому вигляді:

С_t+1 = Ct (1 - ) + ,

де - прирости маси речовини;

- приріст об'єму моря.

Перший член правої частини рівняння враховує зміни об'єму внутрішнього водного басейну за рахунок зменшення річкового стоку. При цьому вираз (1- / ) 1 прагне (наближається близько) до одиниці в околичних басейнах.

У цьому випадку маємо

С_t+1 = Ct + .

Такий вигляд має одна з простих моделей оцінки стану водного середовища.

Рівняння балансу забруднюючих речовин для водного об'єкта можна виразити через зміну маси полютантів за розрахунковий період ∆ t = t_n – t₀ у такому вигляді:

∆М = - ,

де М _п – маса надходження полютантів;

М _р - маса витрати полютантів.

Маса полютантів змінюється з часом на величину

∆М_t = - ,

де М_t - маса полютантів через проміжок часу (∆t=t_кін– t_поч);

М_о - початкова маса речовини у початковий момент t_поч.

Швидкість надходження забруднюючих речовин за одиницю часу буде дорівнювати

W_t = М_п / t .

Одночасно з надходженням речовин відбувається їх розпад, перехід у ґрунти, атмосферу, у сусідні акваторії.

Кожен з цих процесів характеризується своїм коефіцієнтом швидкості Kv. Якщо взяти їх значення постійними за проміжок часу (∆t), то їх сума буде дорівнювати ∑ К.

У цьому випадку баланс домішок можна описати диференціальним рівнянням

dM = W_t dt - ∙ М dt .

Після інтеграції одержимо

М_t = W_t / - (W_t / - ) .

При сталих Wt і ∆t маса Мt асимптотично прагне до величини Wt / Мt і досягає кінцевого сталого значення з деяким запізнюванням, яке характеризується членом Wt [-ехр(- )] і визначає динамічні властивості процесів, що відбуваються.

Шляхом розкладання в ряд рівняння балансу домішок зводиться до вигляду

М_t = + .

Це рівняння придатне для розрахунку балансу забруднюючих речовин при виконанні таких умов: розрахунок проводиться за середньоваговими концентраціями речовин і середньомісячними температурам водного середовища, при рівномірному припливі стоків у часі, потік полютантів на нижній межі береться пропорційним вертикальному градієнту концентрацій і здійснюється в сезони розвитку вертикальних конвекцій, а поле забруднення безперервне і однорідне.

Отже, модель балансу речовин у водному об'єкті має вигляд

М_t = + ,

де - маса речовин у воді у початковий момент часу;

М_t – маса речовини у воді через проміжок часу;

- швидкість надходження речовини у воду, г/с;

- узагальнений коефіцієнт урахування швидкості процесів убування речовини;

∆ - період часу (∆ = _поч – _кін).

Таким чином, розглянута модель балансу забруднюючих речовин у воді водного об’єкта дозволяє на достатньо задовільному рівні визначати цей важливий показник.