УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО – ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ

Большакова Олена Семенівна

УДК 628.16

МЕТОДИ УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ СКИДУ ПРОМИСЛОВИХ СТІЧНИХ ВОД

Спеціальність 21.06.01-техногенна безпека держави

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті прогресивних технологій в комунальному господарстві “УкркомунНДІпрогрес” Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України, м.Харків

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, професор,

Абрамович Ілля Олександрович,

Український науково-дослідний інститут прогресивних технологій в комунальному господарстві

“УкркомунНДІпрогрес”, м.Харків, директор

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Сухоруков Георгій Олександрович,

Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, м.Харків, заступник директора з наукової роботи

кандидат технічних наук, доцент

Ткачов В’ячеслав Олександрович,

Харківська державна академія міського господарства, кафедра “Водопостачання, водовідведення та очистки води”

Провідна організація: | Донбаська державна академія будівництва та архітектури,

кафедра міського будівництва та господарства, Міністерство освіти і науки України, м Макіївка

Захист відбудеться 14.03.2002 року о 10 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий 12.02.2002 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Техногенна безпека держави в значній мірі залежить від успішного вирішення питань зниження негативного впливу промислових стічних вод, що надходять у міську каналізацію разом з господарсько-побутовими стічними водами, на екологічний стан водних об’єктів.

Однією з найбільш гострих проблем поетапного досягнення нормативів на склад очищених стічних вод, що надходять у водні об’єкти з міських очисних споруд, є вирішення проблеми зниження негативного впливу промислових стічних вод на ефективність очищення. Одним з шляхів зменшення такого впливу є встановлення екологічно й економічно обгрунтованих обмежень на скидання забруднюючих речовин від промислових підприємств у міську каналізаційну мережу, тобто створення системи регулювання скидання промислових стічних вод.

Незважаючи на значну кількість досліджень в галузі регулювання скидання стічних вод і створення нових прогресивних технологій у системі очищення, проблема розроблення вимог до складу промислових стічних вод, що надходять у міську каналізацію, досліджена недостатньо. Оскільки міські очисні споруди призначені для очищення побутових, та близьких до них за складом промислових стічних вод, деякі інгредієнти, характерні для низки промислових стічних вод, проходять очисні споруди транзитом або очищуються недостатньо, що призводить до забруднення водних об’єктів. Зокрема, це має відношення до багатьох компонентів сольового складу, у значній мірі до іонів важких металів (ВМ), а також до різноманітних синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР).

Тільки наукове обгрунтування обмежень на скидання промислових стічних вод у міську каналізацію шляхом регулювання їхнього складу дозволить забезпечити надійну роботу каналізаційних колекторів, ефективну роботу очисних споруд і поетапне досягнення нормативів скидання очищених стічних вод, що надходять у водні об’єкти.

Виходячи з вищевикладеного, розроблення метода регулювання складу промислових стічних вод, що надходять у міську каналізацію, є актуальним.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до регіональної програми “Екологічне оздоровлення басейну ріки Сіверський Донець”. Виконання цієї програми передбачено постановою Кабінету Міністрів України № 108 від 22 січня 1996 р. і протоколу № 10 від 20 грудня 1996 р. зборів керівників прикордонних областей республіки Білорусь, Російської Федерації й України.

Метою дисертаційної роботи є розроблення і наукове обгрунтування методів регулювання скидання стічних вод промислових підприємств для мінімізації негативного впливу на експлуатацію міської каналізаційної мережі, роботу очисних споруд і склад осадів, які утворюються, що дозволитьзабезпечити поетапне досягнення нормативів на скидання стічних вод у водні об’єкти. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- дослідити динаміку змін кількості і складу стічних вод різних галузей промисловості;

- проаналізувати вплив промислових стічних вод, що надходять у міську каналізацію, на каналізаційну мережу, ефективність роботи міських очисних споруд, склад осадів стічних вод, а також стан водних об’єктів;

- обгрунтувати критерії вимог до складу і кількості стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізацію;

- розробити систему регулювання надходження промислових стічних вод у міську каналізацію за об’ємом і концентрацією забруднень;

- для реалізації системи регулювання розробити математичну модель усереднювача, що дозволить розрахувати його параметри в залежності від необхідного ефекту усереднення;

- розробити алгоритми і програму розрахунку індивідуальних для кожного промислового підприємства вимог до складу стічних вод, що надходять у міську каналізацію;

- дати оцінку економічної ефективності запропонованої системи вимог до приймання стічних вод промислових підприємств у міську каналізацію.

Об'єкт дослідження. Стічні води промислових підприємств та міська система каналізації.

Предмет дослідження. Склад і нерівномірність скидання промислових стічних вод у міську каналізацію. Ефективність удосконалення системи регулювання вимог до скидання стічних вод за об’ємом і концентрацією забруднень та їх вплив на міську каналізацію і водні об’єкти.

Методи дослідження. Використані стандартні методи хімічного аналізу стічних вод промислових підприємств та методи статистичного оброблення даних. Для розрахунку індивідуальних вимог до скиду стічних вод, що надходять у міську каналізацію, розроблені алгоритми та програми, які реалізовані на ПЕОМ. Застосовано математичне моделювання усереднювача для розроблення методу розрахунку його параметрів в залежності від вимог до концентрації забруднень і витрат стічних вод для скидання їх у міську каналізацію.

Наукова новизна отриманих результатів:

- розроблено і обгрунтовано критеріальний комплекс приймання промислових стічних вод у міську каналізацію;

- розроблена методика розрахунку допустимих концентрацій забруднень промислових стічних вод, що надходять у міську каналізаційну мережу, з використанням демпфіруючої здатності міської каналізації;

-показано, що вимоги до складу стічних вод промислових підприємств, які надходять у міську каналізацію, залежать не тільки від встановлених нормативів гранично допустимих скидань (ГДС) для очищених стічних вод, що надходять у водні об’єкти, але і від можливості утилізації осадів міських очисних споруд;

- запропонована і досліджена на математичній моделі конструкція усереднювача стічних вод за об’ємом і концентрацією забруднень;

- доведено, що усереднення складу промислових стічних вод за об’ємом та концентрацією забруднень і впровадження індивідуальних вимог до скидання стічних вод промислових підприємств забезпечує підвищення техногенної безпеки міст, зниження забруднення водних об`єктів, мінімізацію капітальних вкладень.

Практичне значення роботи полягає в можливості повсюдного практичного використання отриманих результатів для всіх міст України Це доводиться наступним.

1. Розроблена і впроваджена система розрахунку індивідуальних вимог до скидання промислових стічних вод за об`ємом і концентрацією забруднень, що дозволило прискорити виконання нормативів захисту довкілля. Індивідуальні вимоги до складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізацію, впроваджені в практику ДКП "Харківкомуночиствод", а також використовуються інститутом "УкркомунНДІпрогрес”. В цей час за результатами дисертаційної роботи впроваджується система індивідуальних вимог в м.м. Харкові, Луцьку, Вінниці, Полтаві.

2. Розроблені методи оцінки впливу вмісту важких металів у промислових стічних водах на можливість утилізації осадів міських очисних споруд.

3. Видані рекомендації низці промислових підприємств м. Харкова про необхідність влаштування усереднювачів для регулювання витрати і концентрації забруднюючих речовин перед скиданням у міську каналізацію. Резервуари-усереднювачі стічних вод впроваджені на Харківському жировому комбінаті та локомотивному депо “Основа” Південної залізниці.

Особистий внесок автора полягає в:

- розробці й обґрунтованні критеріїв встановлення обмежень на скидання промислових стічних вод у міську каналізацію;

- виконанні аналізу динаміки зміни скидання промислових стічних вод у міську каналізацію за кількістю і складом та визначено їх вплив на роботу міської каналізації і стан водних об`єктів;

- розробці алгоритму для розрахунку резервуарів-усереднювачів і індивідуальних вимог до скиду промислових стічних вод у міську каналізацію;

- практичному впроваджені результатів досліджень, зокрема тих, що стосуються індивідуальних норм скидання стічних вод промислових підприємств м. Харкова у міську каналізацію.

Апробація роботи. Основні результати і головні положення дисертації доповідалися на Міжнародному Конгресі “ Экология, технология, экономика водоснабжения и канализации”

Рис.1. Динамiка змiни витрати cтiчних вод (Q) i кiлькостi забруднень(q) вiд промислових пiдприємств м. Харкова: 1-витрата стiчних вод; 2 - кiлькiсть БПК5; 3 - кiлькiсть завислих речовин; 4 - кiлькiсть хлоридiв; 5-нафтопродукти; 6 - фосфати; 7 - розчинене залiзо; 8 - СПАВ; 9 - цинк; 10 - нiкель; 11 - мiдь; 12 - хром шестивалентний.

(ЭТЭВК) (м. Ялта, 1999), (м. Ялта, 2001), 29 науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства (м.Харків, 2000.), 55 науково-технічній конференції Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (м.Харків, 2001).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 10 статей у різних збірках і журналах, з яких 5 робіт опубліковано у виданнях, регламентованих ВАК України. Пять статей опубліковано без співавторів.

Структура та обсяги дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел із 121 найменувань, чотирьох додатків на 12 сторінках. Роботу викладено на 156 сторінках машинописного тексту, в тому числі вміщує 116 сторінок основного тексту, 13 таблиць, 25 рисунків на 28 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, зв’язок дисертації з науковими програмами та планами, сформульовано мету і задачі дисертаційного дослідження, наукову новизну і практичну цінність, особистий внесок автора, апробацію результатів дисертації, викладено основні положення дисертації, визначено об’єкт, предмет та методи дослідження.

У першому розділі дисертації наведено аналіз стану питання очищення, використання та контролю за скидом стічних вод промислових підприємств у водні об’єкти і міську каналізаційну мережу. Зокрема, наведені відомості про хімічний склад, фізико-хімічні властивості та кількість стічних вод, що надходять у міську каналізаційну мережу. Надано аналіз впливу промислових стічних вод на експлуатацію міських систем водовідведення, включаючи споруди для очищення стічних вод і їх вплив на якість осадів. У вказаному сенсі суттєвим фактором є нерівномірність скиду стічних вод промислових підприємств як по концентрації забруднень, так і по об’єму. Вказано, що існуючі в Україні підходи до нормування кількості і складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у каналізаційну мережу, недосконалі, мають суттєві протиріччя. Сучасний екологічний стан можна вважати незадовільним тому, що у водні об’єкти промисловими підприємствами продовжується, а подекуди збільшується, скид значної кількості екологічно небезпечних речовин, зокрема, нафтопродуктів, іонів важких металів, поверхнево-активних сполук та інше. Це свідчить про актуальність обраної теми дослідження і необхідність розробки індивідуальних для кожного підприємства нормативів скиду стічних вод у міську каналізаційну мережу.

Вивченням вищеозначених питань до цієї пори займалися в багатьох наукових організаціях країн СНД, а саме, в інститутах ДНЦ НДІ ВОДГЕО (м. Москва), НДІКВіОВ (м. Київ), УкркомунНДІпрогрес (м. Харків) та УкрНДІЕП (м.Харків). Свій внесок у вирішення вказаних питань внесли професора Яковлев С.В., Алферова Л.А., Гриценко А.В.,Лукіних Н.А, Гюнтер Л.І, Сухоруков Г.О., Кузін О.К., Абрамович І.О. та інші вчені. Але не до кінця розробленими залишилися итання, пов’язані з розробкою системи контролю та регулювання скиду стічних вод промислових підприємств.Тому неможливо здійснювати суттєвий вплив на поліпшення стану експлуатації систем водовідведення, а також на екологічний стан водних об’єктів.

Становище, що склалося, свідчить про доцільність розробки для кожного підприємства індивідуальних нормативів складу стічних вод, що надходять у каналізаційну мережу. При цьому зрозуміло, що здійснення такої роботи в обсязі великого міста можливе лише за допомогою використання сучасної обчислювальної техніки та розробки відповідних програм.

В другому розділі викладено результати дослідження впливу складу стічних вод промислових підприємств на довкілля та експлуатацію систем водовідведення великих міст України (на прикладі м. Харкова).

Виконано ретроспективний аналіз динаміки зміни кількості і складу стічних вод промислових підприємств м. Харкова за останні чотири роки. Шляхом статистичного оброблення великого масиву даних встановлено, що кількість стічних вод за цей період часу зменшилася з 58 млн. м3/рік до 44 млн. м3/рік, а кількість окремих забруднюючих речовин змінювалася за іншими законами (рис.1).

З наведених на рис. 1 даних видно, що кількість деяких забруднюючих речовин з часом зменшилася. Це має відношення насамперед до хлоридів (з 12 тис.т у 1996 р. до 6,5 тис.т у 1999 р.), сульфатів (з 35 тис.т у 1996 р. до 20 тис.т у 1999 р.), біохімічного споживання кисню (БСК5) (з 6 тис.т у 1996 р. до 4,2 тис.т у 1999 р.), завислих речовин ( з 8,5 тис.т у 1996 р. до 6,2 тис.т у 1999 р.). Скид іншої групи речовин зріс: синтетичні поверхнево-активні речовини (з 32 т у 1996 р. до 102 т у 1999 р.). Скид деяких речовин залишився практично на сталому рівні. Це насамперед відноситься до розчиненого заліза, шестивалентного хрому та деяких інших інгредієнтів (рис. 1).

Визначено основні причини негативного впливу стічних вод промислових підприємств на експлуатацію каналізаційної мережі, роботу очисних споруд, якість осадів і, як наслідок, на незадовільний стан довкілля:

- вкрай нерівномірний скид стічних вод на протязі доби. Особливо суттєві ускладнення створюються при залпових скидах стічних вод, що мають місце;

- хімічний склад стічних вод в деяких випадках сприяє корозійному зносу труб і колекторів. Це насамперед відноситься до сірководневих сполук: розчинений сірководень, іони гідросульфідів і сульфідів. Газова корозія є однією з важливих причин порушення цілісності каналізаційних мереж;

- наявність сірководню та інших газів в підсводовому просторі каналізаційних колекторів сприяє також забрудненню атмосферного повітря;

- забруднення осадів стічних вод (ОСВ) іонами важких металів перешкоджає їх використанню в якості добрива у сільському господарстві.

Останнє призводить до накопичення осадів на мулових майданчиках. Це, в свою чергу, потребує значних земельних площ, а також є джерелом забруднення грунта, підземних вод і повітря.

У відповідності до останніх законодавчих актів України проблемі утилізації осадів стічних вод приділяється все більше уваги. Однак, використання осадів в значній мірі лімітується вмістом в них важких металів, які в кількостях, що перевищують допустимі величини, є токсичними для рослин (зокрема, сільськогосподарських) і можуть по трофічним ланцюгам потрапляти в організми людей і тварин.

У даному розділі роботи пропонується підхід до розрахунків допустимих концентрацій ВМ в стічних водах підприємств, який може забезпечити можливості використання ОСВ в якості добрив. При встановленні норм скиду стічних вод для промислових підприємств треба виходити з вимог до осадів стічних вод комунальних очисних споруд в світі їх використання в сільському господарстві.

В основу розрахунків припустимої концентрації ВМ в стічних водах, що надходять на комунальні очисні споруди, покладено принципово новий підхід, а саме - допустимий вміст ВМ в складі осадів, що утворюються при очищенні стічних вод. Саме такий підхід забезпечує отримання осадів стічних вод, придатних до сільськогосподарського використання.

Третій розділ присвячено розробці нової системи вимог до складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізаційну мережу. Для цього розроблено систему алгоритмів і програму розрахунку індивідуальних показників складу стічних вод. Розроблені алгоритми і програмне забезпечення призначені для визначення витрат і показників забруднення стічних вод у всіх вузлах міської каналізаційної мережі, а також для корегування показників абонентів мережі з метою встановлення допустимих показників складу стічних вод, що надходять на міські очисні споруди.

Рис. 2 Загальний алгоритм програмного засобу.

Загальний алгоритм роботи програми ілюструється рис. 2. В якості математичної моделі каналізаційної мережі в розробленій програмі використовується орієнтований граф. Основним елементом даних, що описують показники каналізаційної мережі (у математичній інтерпретації – “орієнтований граф”), є запис U, який зберігає властивості окремого вузла, а також графа в цілому.

Каналізаційна мережа в цілому описується масивом, який вміщує n записів U (нумерація записів починається з 0).

Для реалізації розробленої програми запропоновано систему алгоритмів. Всього ця система вміщує 6 алгоритмів ( А,В,С,D,E ). Алгоритм А призначається для завантаження вихідних даних. Воно здійснюється з заздалегідь підготовленого файлу спеціального формату (типізованого файлу, елементами якого є записи U) або за допомогою клавіатури (дані заносяться безпосередньо в таблицю вихідних даних, яка відображається у головному вікні програми). Звичайно, не всі властивості стічних вод у вузлі будуть задані безпосередньо вихідними даними деякі з полей записів U обчислюються (це – витрати стічних вод, показники забруднень, ранги вузлів, ранг графа). Найбільш повно визначаються властивості лише тих вузлів, які є абонентами мережі (джерелами). Алгоритм В - структурна оптимізація властивостей вихідних даних – канонізація графа (рис. 3), здійснюється для спрощення алгоритмів подальших обчислень. Вона полягає у даному випадку у визначенні рангу кожного вузла графа. Ранг вузла – це число, яке дорівнює кількості всіх дуг в однієї з гілок, безпосередньо сполучених з вузлом. Від усіх цих дуг у даний вузол потрапляє стічна рідина. Алгоритм канонізації графа (рис. 3) полягає у наступному. З початку алгоритму усім вузлам встановлюється ранг Rk = n (ця частина алгоритму на блок-схемі має позначку В0). На першому кроці цикла ранжирування в якості поточного значення рангу обирається r=0. У підсумку перебору всіх вузлів графа знаходяться вузли, які не мають зовнішніх джерел, і їм привласнюється поточне значення рангу, тобто Rk = 0. Ці вузли у наступному циклі ранжирування вже не будуть розглядатися як джерела і їм вже не треба буде визначати ранг – їх ранг вже знайдено.

Далі збільшується значення поточного рангу вузлів на одиницю (r=r+1) і повторюється попередня операція, а саме – черговим вузлам, які не мають джерел, привласнюється значення поточного рангу (при цьому в якості джерел і вузлів, яким потрібно встановлювати ранг, не розглядаються вузли, у яких Rk < r – ця процедура зазначена символом В1). В процесі ранжування здійснюється підрахунок вузлів NY, яким ранг вже привласнено. Процес повторюється до тих пір, поки число виключених вузлів не буде рівним загальній кількості вузлів графа. У підсумку роботи алгоритму всім вузлам графа буде привласнено певне значення рангу. За допомогою алгоритму С визначаються витрати стічних вод для кожного вузла. Витрата стічних вод обчислюється згідно залежності

(1)

де NS – кількість джерел для k -го вузла;

Si – номер i-го вузла-джерела в масиві S.

Рис. 3 Алгоритм канонизації графа.

Визначення показників забруднення стічних вод абонентів здійснюється за допомогою алгоритму D. Корегування показників забруднень – за допомогою алгоритму E. Якщо в будь-якому вузлі значення показників забруднення виходять за межі припустимого діапазону, то здійснюється корегування показників абонентів, які впливають на забруднення в даному вузлі, наступним чином. Показник абонента, який має максимальне (мінімальне) значення, зменшується (збільшується) до значення показника найбільшого (найменшого), виключаючи даний у списку, який розглядається. Потім обчислюється відповідний показник забруднень для вузла, який досліджується, з номером k з врахуванням показника абонента, що змінився. Ця операція повторюється (але вже для всіх абонентів, у яких відповідний показник було змінено,– ці показники зазначені у формулах (2), (3) символом *) до тих пір, поки показник забруднень у вузлі, що досліджується, не потрапить у припустимий діапазон. Потім, щоб отримати рішення задачі при мінімальних змінах показників абонентів, використовуємо рівняння

(2)

для нижньої границі діапазону, або рівняння

(3)

для верхньої границі (ці функції являються фактично багатомірними функціями показників абонентів, які впливають на забруднення у вузлі, який розглядається, і повертають показник j-го забруднення в цьому вузлі по значенням показників . В цьому випадку символ * позначає, що показники абонентів були змінені попередніми процедурами алгоритму (E0). При цьому, внаслідок роботи алгоритму E0 , всі їх значення однакові. Крім того, показниками, що корегуються, надалі будуть являтися тільки показники з цим символом. Функція описується алгоритмом D – тобто для отримання значення цієї функції за заданим значенням показників і невідомої величини, позначеною символом *, необхідно розрахувати показник у вузлі, що досліджується, згідно алгоритму D.

Дані рівняння у програмі вирішуються відомим методом половинного ділення (тому алгоритм не наводиться). Якщо величина є коренем рівняння (2) або (3), то саме вона і використовується в якості допустимого значення. Після закінчення наведених дій поточний ранг збільшується на одиницю і всі процедури виконуються знову. Коли ранг вузла, що розглядається, буде більше рангу графа (тобто буде вже визначено корінь всього дерева), алгоритм закінчує роботу. У підсумку роботи алгоритму E абонентам, показники яких припускається змінювати, будуть встановлені скореговані показники забруднення таким чином, щоб в усіх вузлах мережі показники з усіх видів забруднень задовольняли заданим обмеженням на припустимі діапазони.

У четвертому розділі наведено результати розробки системи регулювання скидів промислових стічних вод у міську каналізацію.

Ця система базується на трьох основних напрямках:

- розроблення автоматизованої системи контролю і управління скидами стічних вод кожного промислового підприємства шляхом створення програмного продукту для ПЕОМ;

- розроблення конструкції і методу розрахунку резервуарів-усереднювачів стічних вод за об’ємом та складом;

- розроблення технічних рішень, спрямованих на скорочення скидів стічних вод промислових підприємств у міську каналізаційну мережу.

Розглянуто міську каналізаційну мережу, в яку скидаються стічні води промислових підприємств, населення та інших абонентів. Стічні води кожного абонента характеризуються набором параметрів (витрата W, концентрація шкідливих речовин C і т. ін.), які в загальному випадку є функціями часу і можуть бути уявлені добовими графіками Q(t), C(t) (рис.4).

На практиці зустрічаються ситуації, коли максимальні значення концентрації шкідливих речовин Cmах(t) у стічній воді того чи іншого абонента перевищують встановлені допустимі показники CДП (рис. 4).

Тому виникає задача зниження концентрації шкідливих забруднень в стічній воді так, щоб вона не перевищувала встановлений допустимий рівень СДП .

Для вирішення цієї задачі використовують регулюючі резервуари і усереднювачі різних конструкцій. Всі ці рішення грунтуються на одному принципі - розведення стічної води з високою концентрацією шкідливих забруднень рідиною з малою концентрацією таких забруднень.

Рис. 4 Графік зміни концентрації забруднень в стічних водах промислового підприємства на протязі доби.

Оскільки стічна вода з такими характеристиками скидається в різний час доби, то мова може йти по суті про усереднення концентрації на деякому відрізку добового графіка, що містить точку Сmах (t). При цьому необхідно враховувати, що усереднення концентрації забруднень відбувається при змішуванні різних об’ємів стічної рідини з різними концентраціями забруднень. . Тобто середнє значення концентрації С tн, tк за інтервал часу tк –tн (де tк –tн – час, що відповідає початку і кінцю інтервалу усереднення) повинно визначатися формулою:

(4)

Для достатньо великого інтервалу tк – tн за допомогою (4) можна отримати усереднену концентрацію, яка не перевищує допустимого показника

С tн, ,tk Cдп (5)

Умова (5), ілюстрована рис.4, фактично визначає, який інтервал усереднення необхідно вибрати для того, щоб задовільнити допустимі показники.

Слід відзначити, що формулу (4) можна уявити в дискретному вигляді на підставі добових погодинних графіків змін витрати (Q1, Q2,…,Q24) концентрації (С1, С2, …, С24), а саме

, (6)

де і < j; (i, j) - інтервал усереднення; i, j - номери годин на дискретному добовому інтервалі 1,2, ... 24.

Процес усереднення, що описується формулами (4), (6), з деяким наближенням реалізується за допомогою звичайних регулюючих резервуарів.

Співвідношення для витрати стічної води в момент часу t на виході з усереднювача з n каналами (коридорами) можна записати більш компактніше за допомогою формули

(7)

Формула (7) визначає значення витрати на виході Q вих(t) у момент часу t через значення витрати на вході усереднювача у попередні моменти часу. Безпосередньо з формули (9) легко побачити і співвідношення для концентрації шкідливих домішок на виході з усереднювача. Оскільки формула (7) має сенс співвідношення, що характеризує результат змішування n притоків стічних вод з витратами,

, (8)

які характеризуються відповідними концентраціями домішок

, (9)

то концентрація забруднень на виході з усереднювача буде:

, , (10)

n - число коридорів усереднювача;

фi - час знаходження стічної води у кожному коридорі;

l - змінна величина, що враховує час надходження води з лотка в різноманітні коридори усереднювача

Запропонований підхід дозволяє розробляти рекомендації по визначенню конструктивних параметрів усереднювачів, конкретних практичних задач, що забезпечують вирішення питання усереднення витрати і концентрації забруднень з урахуванням конкретних вихідних даних.

Дуже важливо, аби повсякчас водні об’єкти були захищені від влучення в них забруднень. Найбільш небезпечними годинами скиду забруднень є ті, на які припадають пікові навантаження. Розрахунки показали, що резервуари - усереднювачі знижують на 20% за об’ємом та на 15% за концентрацією забруднень пікові навантаження на систему каналізації, включаючи всі її складові частини, що в кінцевому підсумку сприяє надійному захисту водних об’єктів.

Цей розділ вміщує також підсумки розробки технічних рішень щодо мінімізації скиду стічних вод до міської каналізаційної мережі від заводу “Серп і Молот”, який є одним з представницьких машинобудівних підприємств м. Харкова. В процесі виконання роботи запропоновані принципіальні схеми використання стічних вод гальванічного відділення термічного цеху. Сутність цих рішень полягає у переводі частини споживачів гальванічного відділення на повторне використання води. При цьому промивні ванни з підвищеними вимогами до якості води (промивка виробів після хромування, нікелювання і т.ін.) використовують, як і раніше, водопровідну воду питної якості, а стічні води після вказаних ванн рекомендується спрямувати на повторне використання у промивних ваннах з більш низькими вимогами до якості води (промивка після травлення, знежирення, гаряча промивка і т.ін.).Завдяки такому підходу на цьому заводі вдалося досягти скорочення споживання свіжої води і скиду стічних вод у міську каналізацію з 20,79м3/год до 8,37 м3/год (на 59,7%).

П`ятий розділ присвячено оцінці еколого-економічної ефективності розробленої системи регулювання скиду промислових стічних вод.

Впровадження розробленої системи вже в 1999-2001 рр. призвело до певного покращання екологічного стану водних об’єктів Харківщини. Так, у водах ріки Уди рівень загальної мінералізації зменшився з 2100 мг/л до 1800 мг/л, хлоридів - з 370 мг/л до 310 мг/л, сульфатів - з 480 мг/л до 420 мг/л.

Встановлено, що впровадження індивідуального нормування скидів стічних вод промислових підприємств має певні переваги в порівнянні з загальним нормуванням. Розрахунки показали, що такий підхід дозволить отримати суттєвий економічний ефект. Так, тільки для 18 підприємств м. Харкова, які скидають стічні води на комплекс споруд каналізації “Диканівський,” для досягнення встановленої якості очищення стічних вод при загальному принципі нормування потрібно 77,05 млн.грн., а при індивідуальному - тільки 40,78 млн.грн., тобто економічний ефект складе 36,27млн.грн.

Одним з суттєвих підсумків роботи є те, що кількість залпових скидів стічних вод на очисні споруди м. Харкова (комплекси споруд каналізації “Диканівський” і “Безлюдівський”) зменшилася з 69 у 1999 р. до 25 у 2000 р. і до 16 у 2001р.

Розроблено технічні рішення, спрямовані на скорочення скидів і підвищення якості очищених стічних вод від ряду промислових підприємств Харкова у водні об’єкти і міську каналізаційну мережу: Харківський жировий комбінат, Локомотивне депо “Основа” Південної залізниці, Харківський завод "Серп і Молот" та інші.

ВИСНОВКИ

1. Техногенна безпека держави в значній мірі залежить від успішного вирішення питань зниження негативного впливу промислових стічних вод, що надходять у міську каналізацію разом з господарсько-побутовими стічними водами, на екологічний стан водних об’єктів Одним з основних шляхів зменшення такого впливу є встановлення екологічно обгрунтованих обмежень на скидання забруднюючих речовин від промислових підприємств у міську каналізаційну мережу.

2. Розроблено і обґрунтовано критеріальний комплекс приймання промислових стічних вод у міську каналізацію, який забезпечує:

- сталу роботу міської каналізаційної мережі;

- стабільну роботу міських очисних споруд;

- якість осаду міських стічних вод, яка дозволяє використовувати його як добрива;

- досягнення нормативних вимог до води у водних об’єктах при скиданні в них суміші очищених побутових і промислових стічних вод, що дозволяє поліпшити екологічне оточення в Україні.

3.Розроблена методика розрахунку допустимих концентрацій забруднень промислових стічних вод, що надходять у міську каналізаційну мережу, з використанням демпфіруючої здатності системи міської каналізації.

4.Розроблені алгоритм і програму розрахунку обмежень для регулювання скидів стічних вод промислових підприємств у міську каналізаційну мережу.

5.Розроблена математична модель і метод розрахунку усереднювача стічних вод за об’ємом і концентрацією забруднень.

6.Встановлено, що втілення індивідуальних вимог щодо складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізацію, дозволяють при менших затратах забезпечити якість очищення стічних вод і не порушує екологічного стану водних об’єктів.

7.В результаті багаторічних досліджень, використовуючи сучасний математичний апарат, створено банк даних стосовно кількості і складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізацію.

8.Показано, що вимоги до складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізацію, залежать не тільки від встановлених нормативів гранично допустимих скидань для очищених стічних вод, що надходять у водні об’єкти, але і від можливості утилізації осадів міських очисних споруд.

9.Показано, що індивідуальні вимоги до складу стічних вод промислових підприємств, які надходять у міську каналізацію, дозволяють найбільш повно використовувати потужності і технологічні можливості міських очисних споруд.

10.Програма розрахунку індивідуальних вимог щодо складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізацію, і методи розрахунку усереднювачів можуть бути використані для усіх міст України і вже знайшли застосування в м.м. Харкові, Луцьку, Вінниці, Полтаві.

11.Індивідуальні вимоги до складу стічних вод промислових підприємств, що надходять до міської каналізаційної мережі, впроваджені у практику ДКП “Харківкомуночиствод” з 1997р., а також використовуються інститутом “УкркомунНДІпрогрес”. Усереднювачі стічних вод впроваджені на Харківському жировому комбінаті і Локомотивному депо “Основа” Південної залізниці. Ці вимоги дозволяють отримати значну економію державних коштів. Впровадження їх тільки на 18 промислових підприємствах м.Харкова забезпечує економію інвестицій у сумі 36,27 млн. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Большакова Е.С. Новая методика расчета ДВП сточных вод промышленных предприятий //Коммунальное хозяйство городов: Науч. тех сб. – К. - 2000. - Вып. 23. - С. 99 - 101.

2. Большакова Е.С. Организация системы контроля за сбросом сточных вод промышленных предприятий и организациями в систему водоотведения г. Харькова // Коммунальное хозяйство городов.: Науч. тех. сб. – К. - 2000. - Вып. 25. - С. 153 - 156.

3. Большакова Е.С. Очистка и использование сточных вод машиностроительных предприятий // Науковий вісник будівництва – Харькiв: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2000. – Вып. 11. – С. 207 - 210.

4. Большакова Е.С. Особенности экономического влияния на регулирование качественного состава сточных вод, поступающих в систему водоотведения г.Харькова // Коммунальное хозяйство городов.: Науч. тех. сб. – К. - 2000. Вып. 26, - С. 177 - 178.

5. Большакова Е.С. Взаимосвязь качества сточных вод предпрятий и состава осадков городских очистных сооружений // Применение полимеров для очистки сточных вод // Науковий вісник будівництва – Харкiв: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. – 2001. – Вып. 12.- С. 37-41.

6. Ситницкая Э.А., Большакова Е.С. Оценка влияния тяжелых металлов на качество осадков канализационных очистных сооружений г. Харькова // Коммунальное хозяйство городов.: Науч. тех. сб. – К. - 2000. Вып. 29. - С. 69 - 70.

7. Коринько И.В., Пиллиграмм С.С., Большакова Е.С., Горох Н.П., КостенкоВ.Ф. Переработка сточных вод и отходов гальванических производств промышленных предприятий регионов. // Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов.: Тр. науч. – техн. конф. Харьков. - 1999. - С. 29-30.

8. Ситницкая Э.А., Большакова Е.С., Прокопов А.В., Фенченко В.Н. О критериях достоверности при использовании геоинформационных систем в экологическом мониторинге // Экология, технология, экономика водопровода и канализации: Сб. докл. Междунар. конгр. “ЭТЭВК’1999" - Ялта.- 1999. - С.252-253.

9. Ютина А.С., Ситницкая Э.А., Большакова Е.С. О необходимости ограничения содержания тяжелых металлов в осадках сточных вод, используемых в качестве удобрений // Экология, технология, экономика водопровода и канализации: Сб. докл. Междунар. конгр. “ЭТЭВК’1999" - Ялта.- 1999. - С.113-115.

10. Абрамович И.А., Ситницкая Э.А., Прокопов А.В., Большакова Е.С. Математическая модель резервуара-усреднителя // Экология, технология, экономика, водоснабжение, канализация: Сб. докл. Междунар. конгр. “ЭТЭВК – 2001” - Харьков. - 2001. - С. 204-208.

АНОТАЦІЇ

Большакова О.С. Методи удосконалювання системи регулювання скиду промислових стічних вод. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – техногенна безпека держави. - Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2002.

Дисертаційна робота Большакової О.С. присвячена вирішенню актуального питання мінімізації негативного впливу стічних вод промислових підприємств на довкілля і експлуатацію міської каналізаційної мережі, роботу очисних споруд, якість осадів, що утворюються, і забруднення водних об’єктів. Розроблено алгоритм і реалізована програма на ПЕОМ для розрахунку індивідуальних (для кожного підприємства) показників скиду промислових стічних вод у міську каналізаційну мережу. На підставі виконаних досліджень розроблено алгоритм для розрахунку усереднювачів промислових стічних вод по об’єму і складу, запропоновані нові технічні рішення по скороченню кількості стічних вод, що скидаються у міську каналізаційну мережу від промислових підприємств машинобудівної галузі. Вказано, що впровадження індивідуальних показників скидання стічних вод промислових підприємств поліпшує умови експлуатації каналізаційної мережі, підвищує ефективність роботи очисних споруд для очищення стічних вод, знижує забрудненість водних об’єктів. Для можливості утилізації осаду міських очисних споруд, вимоги до складу стічних вод промислових підприємств, що надходять у міську каналізацію, залежать не тільки від встановленнях нормативів гранично допустимих скидань для очищених стічних вод, що надходять у водні об’єкти, але і від складу осадів міських очисних споруд.

Ключові слова: стічні води, індивідуальні показники, міська каналізаційна мережа, очисні споруди, осади, алгоритм, усереднювач, забрудненість водних об’єктів.

Bolshakova O.S. System for Audit and Regulation of Industrial Effluent Discharges into the Municipal Sewer System and Surface Water Bodies.-Manuscript.

The dissertation paper for applying for a Candidate of Technical Sciences degree in the speciality 21.06.01 – Technogenic Safety of the Country. – Ukraine scientific, research institute of the ecological problems, Kharkiv, 2002.

Dissertation paper of O.S. Bolshakova is dedicated to resolving the issues relating to minimization of adverse impacts of industrial effluents on operation of the municipal sewer systems, wastewater treatment facilities, properties and composition of wastewater sludge generated in the process of wastewater treatment, and state and quality of surface water bodies. A special algorithm and computer software has been developed for calculation of individual parameters describing the quality of industrial (leather tannery) effluents discharged into the municipal sewer system. On the basis of a special survey, an algorithm for calculation of the required capacities/concentration to be achieved at industrial effluents settlement/clarification ponds. Proposed are new technical solutions on reducing the quantity of industrial effluents discharged into the municipal sewer systems by machine building industries. It is noted that introduction of individual (industry-specific) industrial effluents requirements allows to improve the operations of the municipal sewer systems, wastewater treatment facility operation efficiency, and to reduce pollution of surface water bodies with industrial effluents

Key words: wastewater, individual parameters, municipal sewer system, algorithm, settlement/clarification pond, pollution of surface water bodies.

Большакова Е.С. Методы совершенствования системы регулирования сброса промышленных сточных вод. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 – техногенная безопасность государства. – Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем, Харьков, 2002.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи минимизации негативного влияния сточных вод промышленных предприятий на эксплуатацию городской канализационной сети, работу очистных сооружений, состав образующихся осадков и загрязненность водных объектов. Приведены результаты исследования влияния сточных вод промышленных предприятий на эксплуатацию систем канализации больших городов Украины (на примере г. Харькова). В процессе выполнения исследований изучены