Качество воды в водоеме оценивается на основе результатов химического, бактериологического и биологического анализов. Каждый из этих видов анализа имеет свои достоинства и недостатки, они не заменяют друг друга, и наиболее достоверная оценка получается при сочетании всех трех методов.
Химические исследования позволяют оценить величину и характер загрязнения, его влияние на изменение качества воды. Бактериологический анализ дает возможность определить вероятность нахождения в воде патогенных микроорганизмов. Биологический анализ помогает установить степень загрязнения водоема в целом, в ряде случаев позволяя зафиксировать последствия кратковременного загрязнения водоема, которое не может быть зарегистрировано методами физико-химического и бактериологического исследования.
Биологический анализ воды основан на приуроченности некоторых организмов к воде определенного качества.
В 1909 г. Р. Колквитц и М. Марсон разработали классификацию степени загрязненности водоемов по содержащимся в них видам растений и животных. Эта классификация, получившая название системы сапробности, в дальнейшем была усовершенствована. В нашей стране в наиболее полном виде она была разработана Я. Я. Никитинским и Г. И. Долговым (1927). По их определению, «сапробность-это комплекс физиологических свойств данного организма, обусловливающий его способность развиваться в воде с тем или иным содержанием органических веществ, с той или иной степенью загрязнения».
Поступающие в водоем загрязнения в результате самоочистительной способности водоемов постепенно разбавляются и разрушаются. Деструкция загрязнения происходит постепенно и в связи с этим постепенно восстанавливаются в водоеме условия, которые были в нем до поступления сточных вод. Процесс этот весьма длительный, и зона загрязнения в реке может захватывать десятки и сотни километров. Размер зоны зависит от соотношения объема сточных и речных вод, от концентрации и качества загрязняющих веществ, от скорости течения и других причин.
В зависимости от того, насколько сильно загрязнена вода, водоемы и их отдельные участки подразделяются на следующие зоны:
При загрязнении водоема в нем изменяются физико-химические условия. При этом одни формы гидробионтов погибают, другие получают преимущества для своего развития, и в результате на загрязненном участке происходит смена биоценоза. Многие гидробионты способны развиваться только в воде определенного качества и поэтому приспособлены к определенным зонам загрязнения.
Полисапробная зона (р) характеризуется большим содержанием нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада, В воде в изобилии присутствуют белковые вещества. БПК составляет десятки миллиграммов на литр. Фотосинтез отсутствует. Кислород может поступать в воду только за счет атмосферной реазрации, и так как он полностью потребляется на окисление в поверхностных слоях, то в воде он практически не обнаруживается. Вода содержит метан и сероводород. Для этой зоны характерно большое количество сапрофитной микрофлоры, представленной сотнями тысяч и даже миллионами клеток в 1 мл. В донных отложениях кислород отсутствует, содержится много детрита, идут восстановительные процессы, железо находится в форме FeS, ил имеет черную окраску и запах сероводорода. В этой зоне в массе развиваются растительные организмы с гетеротрофным типом питания: различные бактерии, в том числе нитчатые бактерии (Sphaerotilus), серные бактерии (Beggiatoa, Thiothris), бактериальные зооглеи (Zoogloea ramigera), из простейших-инфузории, бесцветные жгутиковые (рис. 62).
Альфа-мезосапробная зона (?-m). В этой зоне начинается аэробный распад органических веществ с образованием аммиака, содержится много свободной углекислоты, кислород присутствует в малых количествах. Метан и сероводород отсутствуют. Количество загрязнения, определяемого по БПК, все еще очень велико: десятки миллиграммов на литр. Количество сапрофитных бактерий составляет десятки и сотни тысяч в 1 мл.
В воде и донных отложениях протекают окислительно-восстановительные процессы; железо-в закисной и окисной формах, ил сероватой окраски. В?-m зоне развиваются организмы, облагающие большой выносливостью к недостатку кислорода и большому содержанию углекислоты. Преобладают растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным питанием. Отдельные организмы имеют массовое развитие: бактериальные зооглеи, нитчатые бактерии, грибы, из водорослей-осциллятории, стигеоклониум. Из животных организмов обильны сидячие инфузории (Carchesium), встречаются коловратки (Brachionus), много окрашенных и бесцветных жгутиковых (рис. 63). В илах значительное количество тубифицид и личинок хирономид.
Бета-мезосапробная зона (?-m) отмечается в водоемах, почти свободных от нестойких органических веществ, разложившихся до кисленных продуктов (полная минерализация). Количество сапрофитных бактерий составляет тысячи клеток в 1 мл и резко увеличивается в период отмирания водных растений. Концентрация кислорода и углекислоты сильно колеблется в течение суток; в дневные часы содержание кислорода в воде доходит до пресыщения, а углекислота может полностью исчезать, в ночные часы наблюдается дефицит кислорода в воде. В илах много детрита, интенсивно протекают окислительные процессы, ил желтой окраски. В этой зоне отмечается большое разнообразие животных и растительных организмов. В массе развиваются растительные организмы с автотрофным питанием, наблюдается «цветение» воды в результате развития фитопланктона. В обрастаниях обычны зеленые нитчатки и эпифитные диатомеи; в илах-черви, личинки хирономид, моллюски (рис. 64).
Олигосапробная зона (о) характеризует практически чистые водоемы с незначительным содержанием нестойких органических веществ и небольшим количеством продуктов их минерализации. Содержание кислорода и углекислоты не претерпевает заметных колебаний в дневные и ночные часы суток.
«Цветения» воды, как правило, не наблюдается. В донных отложениях содержится мало детрита, автотрофных микроорганизмов и бентосных животных (червей, личинок хирономид и моллюсков). Показателями большой чистоты воды в этой зоне служат некоторые красные водоросли (Thorea, Batrachospermum) и водные мхи (рис. 65).
Отдельные индикаторные организмы, взятые изолированно, не могут достаточно точно охарактеризовать степень загрязнения вод. Например, при разложении белков в хозяйственно-фекальных стоках накапливается сера, вследствие этого в таких водах могут в изобилии встречаться серобактерии из родов Beggiatoa и Thiothrix. Вместе с тем эти бактерии живут и в воде минеральных серных источников, совершенно не содержащих органических загрязнений. Серобактерии являются индикаторами серы в воде независимо от того, какого происхождения эта сера.
Приведенный пример показывает, что судить о степени загрязнения вод можно лишь по ценозам, характерным для той или иной зоны сапробности, а не по отдельным, пусть даже индикаторным организмам.
В настоящее время многие авторы предлагают более дробное деление зон сапробности, выделяя 5, 6 и более подзон. Так, Либманн (1962) предусматривает 4 основных класса чистоты водоема (с. 194) и три промежуточных. Основные классы обозначаются цифрами от I (самый чистый, соответствующий олигосапробной зоне) до IV (соответствующего полисапробной зоне). Промежуточные-двумя цифрами: I-II, II-III, III-IV. А. А. Былинкина, С. М. Драчев и А. И. Ицкова предложили подразделять водоемы по степени загрязненности на 6 групп: очень чистые, чистые, умеренно загрязненные, загрязненные, грязные и очень грязные. Каждой из этих градаций соответствует определенное значение количества загрязнения.
Очень чистые водоемы практически не несут следов воздействия человека. В СССР к таким водоемам могут быть отнесены многие озера и реки Сибири, а на европейской территории-Ладожское и Онежское озера, Рыбинское водохранилище, некоторые северные реки. В этих водоемах насыщение воды кислородом достигает 95 %, ВПК не превышает 1 мг/л, а взвешенные вещества-3 мг/л. Вода в очень чистых водоемах пригодна для всех видов водопользования.
Водоемы, относимые к категории чистых, по химическим показателям почти не отличаются от очень чистых, но следы деятельности человека проявляются прежде всего в увеличении количества сапрофитной микрофлоры в воде. Воды водоемов второй группы также пригодны для всех видов водопользования. Для их обеззараживания достаточно хлорирования.
Умеренно загрязненные воды характеризуются повышенным содержанием органических веществ, ионов хлора и аммония. Они несут в себе признаки загрязнения поверхностным стоком и бытовыми водами. Умеренно загрязненные воды после соответствующей очистки пригодны для хозяйственно-питьевого использования, для разведения некоторых видов рыб и для прочих видов водопользования.
К категории загрязненных отнесены реки и озера, природные свойства которых значительно изменены в результате поступления в них сточных вод. В зимний период при образовании ледяного покрова на загрязненных участках водоема могут создаваться анаэробные условия. Загрязненные воды непригодны для питьевого, хозяйственно-бытового и культурно-бытового назначения, а также для рыбоводства. Они могут быть использованы, да и то с ограничениями, в некоторых производственных процессах, для орошения и судоходства. В странах Западной Европы при остром дефиците воды загрязненные воды используют для хозяйственно-питьевого назначения, применяя при этом сложные способы очистки,
В грязных и очень грязных водоемах природные свойства воды сильно изменены. В летний период пода этих водоемов издает неприятные запахи. Повышенное содержание агрессивной углекислоты и сернистых соединений в воде грязных водоемов оказывает вредное воздействие на обшивку судом и портовые сооружения, вследствие чего эти водоемы ограниченно пригодны для судоходства. Для орошения воды грязных водоемов могут быть использованы с ограничениями, не под все культуры.
В табл. 3 приведены некоторые химические показатели степени загрязненности водоемов.
При оценке степени загрязненности принимаются во внимание также органолептические показатели, такие, как цвет, запах, мутность и т. д. Например, запах может свидетельствовать о присутствии в воде ряда нежелательных примесей прежде, чем они станут доступны химическому анализу. По этой причине многие токсичные вещества ограничиваются для спуска в водоем не по показателю вредности, а по запаху. К таким веществам относятся фенол, дихлорэтан, крезолы и другие химические соединения. Присутствие нефти в воде также лимитируется органолептическими показателями: по запаху и визуально, по образованию на поверхности воды пленок и пятен. В связи с тем, что сточные воды в большой степени несут в себе загрязнения, характерные для производственных сточных вод, и в том числе токсичные вещества, В. И. Жадин (1964) предложил характеризовать загрязненность водоемов не только по степени сапробности, но и по степени токсобности, понимая под этим термином способность гидробионтов существовать в водах, содержащих то или иное количество ядовитых веществ. По аналогии с зонами сапробности он предложил обозначить зоны токсобности, как политоксобную, мезотоксобную и олиготоксобную.
ЛЕКЦИЯ 10. Нормирование, регулирование, контроль качества воды в водоемах
10.1 Нормирование и регулирование качества воды в водоёмах
Охрана водоёмов от загрязнений осуществляется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» (1988 г.). Правила включают в себя общие требования к водопользователям в части сброса сточных вод в водоёмы. Правилами установлены две категории водоёмов: 1 – водоёмы питьевого и культурнобытового назначения; 2 – водоёмы рыбохозяйственного назначения. Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нормам в створах, расположенных в водотоках на расстоянии не менее одного километра выше ближайшего по течению пункта водопользования, а в непроточных водоёмах – в радиусе не менее одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в водоёмах II типа должны соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (при наличии течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска – не далее чем в 500 м от места выпуска.
Правилами установлены нормируемые значения для следующих параметров воды водоёмов: содержание плавающих примесей и взвешенных частиц, запах, привкус, окраска и температура воды, значение рН, состав и концентрация минеральных примесей и растворённого в воде кислорода, биологическая потребность воды в кислороде, состав и предельно допустимая концентрация (ПДК) ядовитых и вредных веществ и болезнетворных бактерий. Под предельно допустимой концентрацией понимается концентрация вредного (ядовитого) вещества в воде водоёма, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений и заболеваний, в том числе у последующих поколений, обнаруживаемых современными методами исследований и диагностики, а также не нарушает биологического оптимума в водоёме.
Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие данного вещества. Для водоёмов первого типа используют три типа ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолеп-тический, для водоёмов второго типа – ещё два вида: токсикологический и рыбохозяйственный.
Санитарное состояние водоёма отвечает требованиям норм при выполнении неравенства
для каждой из трёх (для водоёмов второго типа – для каждой из пяти) групп вредных веществ, ПДК которых установлены соответственно по санитарно-токсикологическому ЛПВ, общесанитарному ЛПВ, органолеп-тическому ЛПВ, а для рыбохозяйственных водоёмов – ещё и по токсикологическому ЛПВ и рыбохозяйственному ЛПВ. Здесь n – число вредных веществ в водоёме, относящихся, положим, к «санитарно-токсикологической» группе вредных веществ; C i – концентрация i-го вещества из данной группы вредных веществ; m – номер группы вредных веществ, например, m = 1 – для «санитарно-токсикологической» группы вредных веществ, m = 2 – для «общесанитарной» группы вредных веществ и т.д. – всего пять групп. При этом должны учитываться фоновые концентрации C ф вредных веществ, содержащихся в воде водоёма до сброса сточных вод. При преобладании одного вредного вещества с концентрацией С в группе вредных веществ данного ЛПВ должно выполняться требование:
C + C ф ≤ ПДК, (10.2)
Установлены ПДК для более 640 вредных основных веществ в водоёмах питьевого и культурно-бытового назначения, а также более 150 вредных основных веществ в водоёмах рыбохозяйственного назначения. В таблице 10.1 приведены ПДК некоторых веществ в воде водоёмов.
Для самих сточных вод ПДК не нормируются, а определяются предельно допустимые количества сброса вредных примесей, ПДС. Поэтому минимально необходимая степень очистки сточных вод перед сбросом их в водоём определяется состоянием водоёма, а именно – фоновыми концентрациями вредных веществ в водоёме, расходом воды водоёма и др., то есть способностью водоёма к разбавлению вредных примесей.
Запрещено сбрасывать в водоёмы сточные воды, если существует возможность использовать более рациональную технологию, безводные процессы и системы повторного и оборотного водоснабжения – повторное или постоянное (многократное) использование одной и той же воды в технологическом процессе; если стоки содержат ценные отходы, которые возможно утилизировать; если стоки содержат сырьё, реагенты и продукцию производства в количествах, превышающих технологические потери; если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.
Режим сброса может быть единовременным, периодическим, непре-рывным с переменным расходом, случайным. При этом необходимо учитывать, что расход воды в водоёме (дебет реки) изменяется и по сезонам, и по годам. В любом случае должны удовлетворяться требования условия (10.2).
Таблица 10.1
Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в водо-
ёмах
Санитарно-
токсикологический
Органолептический
Санитарно-
токсикологический
Органолептический
Общесанитарный
Санитарно-
токсикологический
Органолептический
Большое значение имеет метод сброса сточных вод. При сосредоточенных выпусках смешение стоков с водой водоёма минимально, и загрязнённая струя может иметь большое протяжение в водоёме. Наиболее эффективно применение рассеивающих выпусков в глубине (на дне) водоёма в виде перфорированных труб.
В соответствии с изложенным одной из задач регулирования качества вод в водоёмах является задача определения допустимого состава сточных вод, то есть того максимального содержания вредного вещества (веществ) в стоках, которое после сброса ещё не даст превышения концентрации вредного вещества в водах водоёма над ПДК данного вредного вещества.
Уравнение баланса растворённой примеси при сбросе её в водоток (реку) с учётом начального разбавления в створе выпуска имеет вид :
C ст = n o (10.3)
Здесь С сm , С р.с, С ф – концентрации примеси в сточных водах до выпуска в водоём, в расчётном створе и фоновая концентрация примеси соответственно, мг/кг; n o и n р.с – кратность разбавления сточных вод в створе выпуска (начальное разбавление) и в расчётном створе, соответственно.
Начальное разбавление сточных вод в створе их выпуска
где Q o = LHV – часть расхода водостока, протекающая над рассеивающим выпуском, имеющим, положим, вид перфорированной трубы, уложенной на дно, м 3 /с; q – расход сточных вод, м 3 /с; L – длина рассеивающего выпуска (перфорированной трубы), м; H, V – средние глубина и скорость потока над выпуском, м и м/с.
После подстановки (10.4) в (10.3) получим, что
При LHV >> q
По ходу водостока струя сточной воды расширяется (за счёт диффузии, турбулентной и молекулярной), вследствие чего в струе происходит перемешивание сточной воды с водой водотока, возрастание кратности разбавления вредной примеси и постоянное уменьшение её концентрации в струе сточной, точнее, теперь уже перемешанной воды. В конечном счете, створ (сечение) струи расширится до створа водотока. В этом месте водотока (где створ загрязнённой струи совпал со створом водотока) достигается максимально возможное для данного водотока разбавление вредной примеси. В зависимости от величин кратности начального разбавления, ширины, скорости, извилистости и других характеристик водотока концентрация вредной примеси (С р.с) может достигнуть значения её ПДК в разных створах загрязнённой струи. Чем раньше это произойдёт, тем меньший участок (объём) водотока будет загрязнён вредной примесью выше нормы (выше ПДК). Понятно, что самый подходящий вариант – когда условие (10.2) обеспечивается уже в самом месте выпуска и, таким образом, размеры загрязнённого участка водотока будут сведены к нулю. Напомним, что этот вариант соответствует условию выпуска стоков в водоток второго типа. Нормативное разбавление до ПДК в створе выпуска требуется и для водотоков первого типа, если выпуск осуществляется в черте населённого пункта. Этот вариант можно обеспечить, увеличивая длину перфорированной трубы выпуска. В пределе, перегородив весь водосток трубой выпуска и включив таким образом в процесс разбавления стоков весь расход водотока, учитывая, что для створа выпуска n р.с = 1, а также положив в (10.5) C = ПДК, получим:
где В и Н – эффективные ширина и глубина водотока; соответственно Q = BHV – расход воды водотока.
Уравнение (10.7) означает, что при максимальном использовании разбавительной способности водотока (расхода водотока) максимально возможную концентрацию вредного вещества в сбрасываемых сточных водах можно допустить равной
Если для целей разбавления стоков возможно использование только части расхода воды водотока, например, 0,2Q, то требования к очистке стоков от данного вредного вещества повышаются, и максимально допустимая концентрация вредности в стоках должна быть уменьшена при этом в 5 раз: При этом величина qC cm , равная в первом случае
а во втором должна рассматриваться как предельно
допустимый сброс (ПДС) данной вредности в водоток, г/с. При превышении данных величин ПДС (Q ПДК и 0,2Q ПДК, г/с) концентрация вредного вещества в водах водотока превысит ПДК. В первом случае (ПДС = Q ПДК) турбулентная (и молекулярная) диффузия уже не уменьшит концентрацию вредности по ходу водотока, так как створ начального разбавления совпадает со створом всего водотока – струе загрязнённой воды некуда диффундировать. Во втором случае по ходу водотока будут иметь место разбавление стоков и уменьшение концентрации вредности в воде водоёма, и на некотором расстоянии S от выпуска концентрация вредного вещества может уменьшиться до ПДК и ниже. Но и в этом случае определённый участок водотока окажется загрязнённым выше нормы, то есть выше ПДК.
В общем случае расстояние от створа выпуска до расчётного створа, то есть до створа с заданной величиной кратности разбавления, n р.с или – что фактически то же – с заданной концентрацией вредной примеси, например, равной её ПДК будет равно
где А = 0,9…2,0 – коэффициент пропорциональности, зависящий от категории русла и среднегодового расхода воды водотока; В – ширина водотока, м; х – ширина части русла, в которой не производится выпуск (труба не перекрывает всю ширину русла), м; ф - коэффициент извилистости русла: отношение расстояния между створами по фарватеру к расстоянию по прямой; Re = V H / D – диффузионный критерий Рейнольдса.
Расширение загрязнённой струи по ходу водотока происходит, в основном, за счёт турбулентной диффузии, её коэффициент
где g – ускорение свободного падения, м 2 /с; М – функция коэффициента Шези для воды. М=22,3 м 0,5 /с; С ш – коэффициент Шези, С ш = 40…44 м 0,5 /с.
После потенцирования (10.8) получается значение n р.с в явном виде
Подставив выражение для n р.с. в (10.6) и полагая С р.с. =ПДК, получаем:
Уравнение (10.11) означает: если при начальном разбавлении, определяемом величинами L, H, V, и при известных характеристиках водотока j, А, В, х, R ∂ , С ф необходимо, чтобы на расстоянии S от выпуска стоков концентрация вредного вещества была на уровне ПДК и меньше, то концентрация вредного вещества в стоках перед сбросом не должна быть больше величины C cm , вычисляемой по (10.11). Перемножив обе части (10.11) на величину q, приходим к тому же условию, но уже через предельно-допустимый сброс C cm q = ПДС:
Из общего решения (10.12) следует тот же результат, который получен выше на основе простых соображений. В самом деле, положим, что решается задача: каким может быть максимальный (предельно допустимый) сброс сточной воды в водоток, чтобы уже в месте выпуска (S=0) концентрация вредного вещества была равна ПДК, а для начального разбавления используется только пятая часть расхода водотока (дебета реки), то есть LHV = 0,2 Q.
Поскольку при S = 0 n р.с = 1, из (10.12) получаем:
ПДС = 0,2 ПДК.
На изложенных принципах, в целом, основывается регулирование качества воды в водотоках при сбросе в них взвешенных, органических веществ, а также вод, нагретых в системах охлаждения предприятий.
Условия смешения сточных вод с водой озёр и водохранилищ значительно отличаются от условий их смешения в водотоках – реках и каналах. В частности, полное перемешивание стоков и вод водоёма достигается на существенно больших расстояниях от места выпуска, чем в водотоках. Методы расчёта разбавления стоков в водохранилищах и озёрах приведены в монографии Н.Н. Лапшева Расчеты выпусков сточных вод. – М.: Стройиздат, 1977. – 223с.
10.2 Методы и приборы контроля качества воды в водоёмах
Контроль качества воды водоёмов осуществляется периодическим отбором и анализом проб воды из поверхностных водоёмов: не реже одного раза в месяц. Количество проб и места их отбора определяют в соответствии с гидрологическими и санитарными характеристиками водоёма. При этом обязателен отбор проб непосредственно в месте водозабора и на расстоянии 1 км выше по течению для рек и каналов; для озёр и водохранилищ – на расстоянии 1 км от водозабора в двух диаметрально расположенных точках. Наряду с анализом проб воды в лабораториях используют автоматические станции контроля качества воды, которые могут одновременно измерять до 10 и более показателей качества воды. Так, отечественные передвижные автоматические станции контроля качества воды измеряют концентрацию растворённого в воде кислорода (до 0,025 кг/м 3), электропроводность воды (от 10-4 до 10-2 Ом/см), водородный показатель рН (от 4 до 10), температуру (от 0 до 40°С), уровень воды (от 0 до 12м). Содержание взвешенных веществ (от 0 до 2 кг/м 3). В таблице 10.2 приведены качественные характеристики некоторых отечественных типовых систем для контроля качества поверхностных и сточных вод.
На очистных сооружениях предприятий осуществляют контроль состава исходных и очищенных сточных вод, а также контроль эффективности работы очистных сооружений. Контроль, как правило, осуществляется один раз в 10 дней.
Пробы сточной воды отбираются в чистую посуду из боросиликатного стекла или полиэтилена. Анализ проводится не позже, чем через 12 часов после отбора пробы. Для сточных вод измеряются органолептические показатели, рН, содержание взвешенных веществ, химическое потребление кислорода (ХПК), количество растворённого в воде кислорода, биохимическое потребление кислорода (БПК), концентрации вредных веществ, для которых существуют нормируемые значения ПДК.
Таблица 10.2
Качественные характеристики некоторых отечественных типовых систем для контроля качества поверхностных и сточных вод
При определении грубодисперсных примесей в стоках измеряется массовая концентрация механических примесей и фракционный состав частиц. Для этого применяют специальные фильтроэлементы и измерение массы «сухого» осадка. Также периодически определяются скорости всплывания (осаждения) механических примесей, что актуально при отладке очистных сооружений.
Величина ХПК характеризует содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями, и выражается количеством кислорода, необходимым для окисления всех содержащихся в воде восстановителей. Окисление пробы сточной воды производится раствором бихромата калия в серной кислоте. Собственно измерение ХПК осуществляется либо арбитражными методами, производимыми с большой точностью за длительный период времени, и ускоренными методами применяемыми для ежедневных анализов с целью контроля работы очистных сооружений или состояния воды в водоёме при стабильных расходе и составе вод.
Концентрацию растворённого кислорода измеряют после очистки сточных вод перед их сбросом в водоём. Это необходимо для оценки коррозионных свойств стоков и для определения БПК. Чаще всего используется йодометрический метод Винклера для обнаружения растворённого кислорода с концентрациями больше 0,0002 кг/м 3 , меньшие концентрации измеряются колориметрическими методами, основанными на изменении интенсивности цвета соединений, образовавшихся в результате реакции между специальными красителями и сточной водой. Для автоматического измерения концентрации растворённого кислорода используют приборы ЭГ – 152 – 003 с пределами измерений 0 ... 0,1 кг/м 3 , «Оксиметр» с пределами измерения 0 ...0,01 и 0,01 ... 0,02 кг/м 3 .
БПК – количество кислорода (в миллиграммах), необходимое для окисления в аэробных условиях, в результате происходящих в воде биологических процессов органических веществ, содержащихся в 1л сточной воды, определяется по результатам анализа изменения количества растворённого кислорода с течением времени при 20°С. Чаще всего используют пятисуточное биохимическое потребление кислорода – БПК 5 .
Измерение концентрации вредных веществ, для которых установлены ПДК, проводят на различных ступенях очистки, в том числе перед выпуском воды в водоём.
Гигиенические условия к качеству воды поверхностных водоемов в зависимости от видов водопользования в нашей стране регламентированы СанПиН № 4630-88. С 1 марта 1991 г. в Украине и странах СНГ введены "Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" Государственного комитета по охране природы бывшего СССР. Указанными правилами установлены дополнительные требования к качеству воды поверхностных водоемов и их приток, используемых для рыбохозяйственных целей. Эти требования, по некоторым показателям, являются более жесткими в сравнении с СанПиН 4630-88. Кроме того, требования к качеству воды поверхностных водоемов регламентированы "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами", утвержденными Постановлением Кабинета Министров Украины от 25.03.1999 г № 465 (далее Правила).
Требования Правил распространяются на все (большие и малые, проточные и непроточные) поверхностные водоемы. Они определяют гигиенические требования и нормативы качества воды в зависимости от народно-хозяйственного назначения водоема. Регламентируют разные виды хозяйственной деятельности, которые могут привести к загрязнению поверхностных водоемов. Определяют условия, при которых водоем считается загрязненным, не пригодным полностью или частично для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения или массового отдыха населения.
Нормативы качества воды водоемов состоят из совокупности допустимых значений показателей ее состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения, благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта. Следует отметить, что не все показатели и их параметры, предусмотренные международными "Едиными критериями качества воды" (см. с. 221), нормируются в нашей стране.
В соответствии с Правилами нормативы качества воды в водоемах (табл. 13) устанавливают в зависимости от характера использования водных объектов для народно-хозяйственных целей. Водные объекты или их участки делят на две категории водопользования. К I категории отнесены поверхностные водоемы, используемые для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко II категории отнесены поверхностные водоемы, выполняющие
ТАБЛИЦА 13 Гигиенические требования к составу и свойствам воды водных объектов в пунктах хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования
Продолжение табл. 13
** Не касается источников децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Прочерк означает, что показатель не нормирован.
*** I категория - использование водоема для централизованного или децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; II категория - использование водоема для массового отдыха населения, купания, занятий спортом.
Рекреационную роль, или используемые населением для купания, занятий спортом и отдыха, а также в качестве дополнения архитектурной выразительности населенного пункта. Водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей, также делят на две категории.
Требования к качеству воды водоемов определяются в так называемом контролируемом створе (створ - поперечный разрез реки), расположенном в проточных водоемах ниже по течению от места сброса сточных вод на расстоянии 1 км выше ближайшего пункта водопользования, в непроточных - на расстоянии 1 км по обе стороны от него. Проектируемый пункт водопользования по отношению к месту сброса сточных вод в водоем должен находиться как можно ближе. Вид водопользования устанавливают исходя из того, как этот водоем используется населением в ближайшем его пункте от места сброса сточных вод. Вид водопользования устанавливают исключительно учреждения санитарно-эпидемиологической службы.
Загрязнением водоема сточными водами считаются такие изменения качества воды в контролируемом створе, которые не отвечают требованиям СанПиН 4630-88 и ограничивают водопользование. В связи с тем, что ограничение водопользования определяется качеством воды в водоеме, нормируют показатели не состава сточных вод, сбрасываемых в водоем, а качества воды в водоеме на расстоянии 1 км выше от ближайшего пункта водопользования в проточных и по обе стороны от пункта водопользования - в непроточных водоемах.
Для обеспечения оптимальных условий хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования была предложена гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения. В основу этой классификации положены основной принцип и главная цель водного законодательства - предупреждение неблагоприятного влияния на население химических и бактериальных загрязнителей воды. В классификацию введены оценочные показатели, относящиеся к четырем критериям вредности загрязнения воды водных объектов: органолептического, токсикологического, общесанитарного и бактериологического (табл. 14) показателей: запах и привкус воды; кратность превышения ПДК химических веществ, нормативы для которых установлены по орга-нолептическому и токсикологическому показателям вредности; растворенный кислород; БПК2о; количество кишечных палочек в 1 л воды.
Четыре градации оценочных показателей отвечают допустимой, умеренной, высокой и очень высокой степени загрязнения воды I и II категорий водопользования. Если водоем одновременно является объектом водопользования I и II категорий, то классификацию загрязнения водоема проводят по градации показателей (за исключением бактериологического) для I категории; градация бактериологического показателя принимается для II категории, для которой установлен более жесткий норматив количества лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП). В итоге санитарное состояние водоема характеризуется обобщенным индексом загрязнения. Этот индекс устанавливается по оценочному показателю, измененному в наивысшей степени (лимитирующий признак).
Индекс загрязнения 0 характеризует водоемы, которые можно использовать без ограничений. Индекс 1 свидетельствует об умеренной степени загрязнения и частичном нарушении водопользования (существование определенного риска неблагоприятного влияния загрязненной воды на состояние здоровья населения). Индекс 2 указывает на выраженное загрязнение и полную
ТАБЛИЦА 14 Гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения *
* "Методические указания по рассмотрению проектов предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами" № 2875-83. ДДКорг - предельно допустимые концентрации веществ, установленные по органолептическому признаку вредности. Для водных объектов, используемых для массового отдыха населения (II категория), допустимое число ЛКП не более 1-Ю3, при благополучной эпидемической ситуации в районе - не более 1-Ю4 КУО/л воды (соответственно изменяется градация показателя).
** ЛПК - лактозоположительные кишечные палочки.
Непригодность водоема для всех видов водопользования. Индекс 3 характерен для водоемов с очень высокой степенью загрязнения. Такие водоемы не только непригодны для водопользования, но даже временный контакт с такой водой может неблагоприятно повлиять на здоровье человека.
К водоемам, расположенным в черте населенного пункта, предъявляют такие же требования, как к водоемам II категории водопользования. Когда сбрасывают сточные воды в пределах населенного пункта, требования к составу и свойствам их должны быть такими же, как к качеству воды водоема. При наличии эффективных конструкций рассеивающих выпусков, гарантирующих надлежащее смешивание и разведение сточных вод в створе выпуска, требования к составу и свойствам сточных вод устанавливаются с учетом их разведения в водоеме.
Правила с целью санитарной охраны водоемов ограничивают отведение в них сточных вод во время хозяйственной деятельности субъектов различных форм собственности, отдельных граждан. Для этого рекомендуют максимально использовать сточные воды в оборотных системах водоснабжения для изъятия ценных отходов, устранять их полностью или частично за счет рационализации технологии производства и создавать бессточные производства, а также использовать сточные воды для орошения в сельском хозяйстве.
Запрещается сбрасывать в поверхностные водоемы: неочищенные и недостаточно очищенные хозяйственно-бытовые, промышленные и ливневые сточные воды; сточные воды, содержащие вредные вещества или продукты их трансформации в воде, на которые не установлены ПДК или ОДК; радиоактивные вещества; технологические отходы; промышленное сырье, реагенты, полупродукты и конечные продукты в количествах, превышающих установленные нормативы технологических потерь. Правилами запрещено сбрасывать в поверхностные водоемы сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний. Опасные в эпидемическом отношении сточные воды разрешено сбрасывать в водоемы только после полной очистки и обеззараживания. Критерием эпидемической безопасности таких сточных вод является индекс бактерий группы кишечной палочки, который не превышает 1000, и индекс коли-фагов до 1000 БОЕ/л. Расчетную дозу активного хлора уточняют в процессе эксплуатации оборудования для обеззараживания сточных вод.
Концентрация остаточного свободного хлора в обеззараженной сточной воде после часового контакта, должна составлять не менее 1,5 мг/л.
Правила поведения с радиоактивными сточными водами регламентируются в зависимости от их относительной плотности, концентрации радионуклидов и физико-химических особенностей нормами радиационной безопасности НРБ-97. В хозяйственно-бытовую канализацию разрешено выпускать радиоактивные сточные воды с концентрацией радионуклидов, которая превышает допустимую для питьевой воды не более чем в 10 раз. При этом необходимо соблюдение условий их десятикратного разбавления нерадиоактивными сточными водами еще в коллекторе соответствующего учреждения (предприятия). Если такое разбавление не обеспечено, то жидкие радиоактивные отходы собирают в отдельные емкости и отправляют на пункты захоронения радиоактивных отходов. При сбросе сточных вод, содержащих радиоактивные отходы, в поверхностные водоемы содержание в них радиоактивных веществ не должно превышать допустимой концентрации для питьевой воды.
Правилами предусмотрены и другие условия, при которых сточные воды запрещено сбрасывать в поверхностные водоемы или на поверхность их ледового покрова. В частности, запрещается сбрасывать сточные воды в поверхностные водоемы, которые используют с лечебной целью (для водо- и грязелечения), в водоемы, расположенные в пределах окрестности санитарной охраны курортов и пр.
При невозможности избежать сброса сточных вод в поверхностные водоемы нужно в каждом конкретном случае расчетным путем определить условия их выпуска, которые бы гарантировали охрану поверхностного водоема от загрязнения. Иначе говоря, в поверхностный водоем разрешается сбрасывать сточные воды лишь в том случае, если они при смешивании и разведении с водой водоема: а) не оказывают неблагоприятного воздействия на физические свойства и органолептические показатели качества воды; б) не превышают допустимого предела минерального состава воды; в) не нарушают процессов самоочищения в водоеме; г) не вносят в водоем патогенных микроорганизмов, цист простейших, яиц гельминтов; д) не повышают содержания вредных веществ до уровней, опасных для здоровья населения, использующего воду для хозяйственно-питьевых нужд.
Под определением условий выпуска сточных вод в водоем подразумевают нахождение расчетным путем допустимой степени их загрязнения, при которой они могут быть отведены в конкретный водоем с сохранением при этом качества воды в створе водоема на расстоянии 1 км выше ближайшего пункта водопользования, в соответствии с требованиями СанПиН 4630-88.
Условия выпуска сточных вод в обязательном порядке определяют специалисты органов и учреждений санитарно-эпидемиологической службы, как во время предупредительного, так и текущего санитарного надзора в следующих случаях:
1) при согласовании отведения земельного участка для объекта, на котором образуются сточные воды, и уточнении места их выпуска;
2) в процессе санитарной экспертизы проектов строительства, реконструкции или расширения бытовой и промышленной канализации с дальнейшим отведением сточных вод в поверхностный водоем;
3) в процессе санитарной экспертизы проекта канализации населенного пункта или отдельного объекта, когда предстоит определить необходимую для конкретных условий степень очистки сточных вод, от которой зависит в свою очередь выбор способа очистки;
4) во время текущего санитарного надзора за действующим промышленным предприятием или бытовой канализацией, уже отводящими сточные воды в водоем, при необходимости проверить, отвечают ли условия выпуска санитарным требованиям (разрешение на сброс в водоем сточных вод действующих объектов сохраняет силу в течение 3 лет, после чего подлежит обновлению);
5) при изменении условий водопользования:
Строительство не предусмотренных ранее новых предприятий, в том числе малых предприятий разных форм собственности;
Изменение расхода воды в водоеме или гидрологического режима, вследствие увеличения забора воды для орошения или других нужд;
Замена технологического режима на предприятиях, которая повлекла изменение количества и состава сточных вод;
Появление новых пунктов питьевого и культурно-бытового водопользования.
Определяя условия выпуска сточных вод, следует учитывать, что в пределах населенных пунктов их сброс в поверхностные водоемы запрещен. Место сброса сточных вод в водоем, относительно населенного пункта, должно размещаться ниже его границы с учетом возможности возвратного движения воды в водоеме при нагонных ветрах. Определяя места сброса сточных вод в проточные и малопроточные водоемы (озера, пруды, водохранилища и др.), нужно учитывать метеорологические и гидрологические условия.
В каждом случае предусмотрено осуществление расчетов условий выпуска сточных вод в конкретный водоем. При этом обязательно учитывают:
1) степень возможного смешения и разбавления сточных вод водой поверхностного водоема на участке от места сброса сточных вод до расчетных (контрольных) створов самых ближайших пунктов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного назначения;
2) фоновое качество воды поверхностного водоема выше места рассматриваемого сброса сточных вод. Определяя фоновое качество воды в водоеме, принимают во внимание анализы воды водоема не более чем двухлетней давности. При наличии других существующих или проектируемых сбросов сточных вод между рассматриваемым и ближайшим пунктом водопользования за фоновый принимают уровень загрязнения воды конкретного поверхностного водоема с учетом доли внесения указанных выпусков сточных вод;
3) нормативы качества воды поверхностных водоемов соответствующей категории водопользования, определяемые правилами. Указанные нормативы приведены в табл. 13.
Требования СанПиНа 4630-88 распространяются на:
А) выпуски всех видов промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод населенных пунктов; отдельно расположенных жилых и общественных зданий; коммунальных, лечебно-профилактических, транспортных, сельскохозяйственных объектов, промышленных предприятий, в том числе шахтных вод,сбросных от водяного охлаждения, гидрозолоудаления, нефтедобычи, сбросных, в том числе дренажных вод с орошаемых и осушаемых сельскохозяйственных территорий, обработанных минеральными удобрениями и пестицидами, и других сточных вод любых объектов независимо от их ведомственной принадлежности и формы собственности;
Б) все запроектированные выпуски сточных вод на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях строящихся, реконструируемых или расширяющихся, а также при изменении технологии производства; все запроектированные выпуски сточных вод канализации населенных мест и отдельно расположенных жилых и общественных зданий, других объектов независимо от их ведомственной принадлежности и форм собственности;
В) выпуски ливневой канализации, которая отводит атмосферные воды с промышленных площадок и территории населенных мест.
Методика расчета условий отведения сточных вод в водоем предусматривает:
1) ознакомление с материалами, характеризующими сточные воды (количество, состав, свойства и режим сброса);
2) ознакомление с материалами, характеризующими водоем (расход воды, ее состав и свойства по сезонам года, скорость течения, условия перемешивания, длительность послеледового периода, характер использования водоема ниже места сброса сточных вод);
3) проверку степени смешения и разведения сточной жидкости водой водоема в самом ближнем к месту сброса пункте водопотребления;
4) проверку отдельных показателей качества сточных вод, выпускаемых в водоем;
5) проверку соответствия расчетных величин фактическим и изучение влияния сброса сточных вод на качество воды в водоеме, водопотребление, а в отдельных случаях - и на здоровье населения. Последнюю осуществляют во время текущего санитарного надзора.
Расчет условий отведения сточных вод в конкретный поверхностный водоем начинают с определения кратности разведения сточных вод водой водоема за время продвижения их от места сброса до створа, расположенного на 1 км выше самого ближнего пункта водопользования. Кратность разведения показывает, во сколько раз поступающие сточные воды разбавляются водой водоема за время продвижения от места сброса до расчетного (контролируемого) створа.
Зная кратность разведения и исходную концентрацию сточных вод, можно ориентировочно установить степень возможного загрязнения водоема. В то же время, опираясь на кратность разведения и гигиенические требования к орга-нолептическим свойствам воды в водоеме, можно определить допустимое качество сточных вод по органолептическим показателям, при котором их можно сбрасывать в водоем.
Кратность разведения (п) вычисляют по формуле:
Где Q - наименьший расход воды в реке в маловодный меженный период (м3/ч) при 95% обеспеченности стока по данным гидрометеослужбы; q - среднечасовой расход сточных вод (м3/ч), определяют по технологическим расчетам и специальным замерам; а - коэффициент смешивания - безразмерная величина, показывающая, какая часть воды водоема (Q) принимает участие в разведении сброшенного количества сточных вод (q) за время продвижения от места сброса до расчетного (контролируемого) створа. Его величина зависит от многих факторов: расстояния по прямой и по фарватеру от места сброса сточных вод до расчетного створа; скорости течения воды на указанном участке; места сброса сточной воды в водоем - возле берега или в фарватер реки; глубины реки; крутизны берегов и их извилистости и др. Указанная величина может быть рассчитана для каждого случая и колеблется от 0,1 до 1. Расход воды в водоеме, т. е. объем воды, который проходит через поперечное сечение реки за единицу времени, определяют по данным гидрометеослужбы. Известно, что количество воды в поверхностных водоемах заметно колеблется в течение года, а это влияет на разведение сточных вод. Наихудшие условия для разведения загрязнений, поступающих в водоем вместе со сточными водами, создаются при наименьших расходах воды в водоеме в маловодный меженный период. Но и при этих, наихудших, условиях разведения нужно соблюдать гигиенические нормативы качества воды в расчетном (контролируемом) створе в 95% случаев. Именно поэтому при расчете берут наименьшие расходы воды в реке при 95% обеспечения стока. Последнее означает, что фактические расходы воды в реке в маловодный меженный период в 95% случаев, т. е. 95 лет из 100, будут не меньше взятого в расчет Q. Например, расход воды при 95% обеспечении стока в реке Д. в пределах города Ч. в маловодный меженный период принимают за 50 м3/ч. Фактический расход лишь 5 раз за 100 лет наблюдений может быть меньше расчетного (50 м3/ч), а остальные годы - 50 м3/ч или больше.
Для оценки условий отведения сточных вод по органолептическим показателям (например, запаху) сравнивают величину разбавления, необходимую для исчезновения запаха сточных вод, которую устанавливают экспериментальным путем, с кратностью разведения, определенную расчетными методами. Если необходимая для исчезновения запаха величина разведения меньше расчетной кратности разведения, то можно разрешить сбрасывать такие сточные воды в определенный водоем. Например, опытным путем установлено, что
Рис. 36. Пример расчета условий отведения сточных вод в конкретный поверхностный водоем
Уменьшение специфического запаха производственных сточных вод до 2 баллов достигается при их разведении в 50 раз; расчетная кратность разведения сточных вод водой водоема в створе, расположенном на расстоянии 1 км выше пункта водопользования, составляет 60. Следовательно, условия сброса сточных вод, регламентируемые Правилами, не будут нарушены.
Аналогичным способом определяют условия отведения в водоемы окрашенных сточных вод. Фактическое разведение их в водоеме (расчетная кратность разведения) должно обеспечить исчезновение окрашивания воды в столбике высотой 20 или 10 см (в зависимости от категории водопользования).
Принцип расчета условий отведения сточных вод в конкретный поверхностный водоем демонстрирует следующая схема (рис. 36). Предположим, что очищенные и обеззараженные сточные воды от населенного пункта или отдельно расположенного объекта в количестве q (м3/ч) нужно отвести в ближайший водоем. Водоем имеет определенный расход воды Q (м3/ч) и соответственную фоновую концентрацию (Ср) загрязнений: органических, микробиологических, химических. Необходимо определить расчетным путем качество сточных вод (Сст), с которым их можно разрешить сбросить в водоем и при этом гигиенические нормативы (Спдк) в расчетном (контролируемом) створе водоема нарушены не будут. При выполнении расчетов важно учесть также условия возможного разведения и смешивания сточных вод речной водой, определяемые безразмерным коэффициентом (а).
Проведение расчетов основывается на том, что суммарное количество загрязнений, состоящее из фоновой концентрации в водоеме выше места предполагаемого сброса (QaCp) и количества загрязнений, сбрасываемых со сточными водами (qCCT), не должно превышать предельно допустимой концентрации, установленной Правилами, во всем объеме воды ((Qa + aJC^J:
QaCp + qCCT
Выполним математические преобразования:
1) раскроем скобки:
QaCp + qCCT = С)аСпдк + яСпдк;
2) оставим слева от знака равенства ожидаемое качество сточных вод:
QCCT = QaCrwK - QaCp + qCnilK;
Окончательная расчетная формула будет иметь такой вид:
3) поскольку итогом расчета является качество сточных вод (Сст), с которым последнюю можно сбросить в водоем, разделим это уравнение на
По этой формуле рассчитывают концентрацию загрязняющего вещества в объеме сточных вод (q), при которой они могут быть выпущены в конкретный водоем с расходом воды (Q) и при коэффициенте смешивания (а). Сброс таких сточных вод теоретически гарантирует, что качество воды в створе водоема на расстоянии 1 км выше ближайшего пункта водопользования будет отвечать требованиям Правил.
Указанная формула дает возможность также рассчитать условия отведения сточных вод по содержанию сухого остатка, сульфатов, хлоридов, любого химического вещества, ПДК которого установлена по санитарно-токсикологи-ческому или другому лимитирующему признаку вредности. В большинстве случаев сточные воды, сбрасываемые в водоемы, одновременно содержат несколько, иногда даже несколько десятков, химических веществ. Последние, попав в организм человека вместе с питьевой водой, оказывают комбинированное действие. Следствием такого действия на организм человека может быть суммирование вредных эффектов, возможность которого обязательно нужно учитывать и предвидеть. Эффектом суммирования обладают химические вещества, ПДК которых в водоеме установлена по одинаковому лимитирующему признаку - санитарно-токсикологическому, и которые принадлежат по параметрам токсикометрии к 1 -му и 2-му классам опасности (чрезвычайно опасные и высокоопасные вещества). В этом случае приобретает силу правило Лебедева-Аверьянова, согласно которому сумма соотношений фактических концентраций (Сь С2,... Сп) каждого токсического вещества в воде водоемов к ее ПДК (СПДК|, СПДК2, ... СПДКп) не должна превышать единицы:
Тогда конечная формула расчета условий отведения сточных вод в водоем будет иметь такой вид:
Где п - количество токсических химических веществ 1-го и 2-го классов опасности с одинаковым лимитирующим признаком вредности, которые одновременно содержатся в сточных водах.
Поступление в водоем хозяйственно-бытовых и некоторых промышленных (от предприятий пищевой промышленности, животноводческих и птицеводческих комплексов и др.) сточных вод, содержащих органические вещества, приводит к изменению его кислородного режима, ухудшению процессов самоочищения и санитарного состояния водоема. Поэтому, согласно Правил, в воде водоема нормируют как БПК20 (не выше 3 или 6 мг 02/л в зависимости от категории водопользования), так и содержание растворенного кислорода (не менее 4 мг 02/л). Методика расчета допустимого содержания в сточных водах растворенных органических и взвешенных веществ приведена в "Руководстве к лабораторным занятиям по коммунальной гигиене" / Под ред. Е.И. Гончарука. - M.: Медицина, 1990.
В соответствии с действующим законодательством министерства и ведомства обязаны обеспечить разработку предложений по уменьшению сброса загрязняющих веществ на подведомственных предприятиях, которые имеют или проектируют самостоятельные выпуски " сточных вод в водные объекты, и представить их для согласования и утверждения органам государственного санитарного надзора в виде проекта предельно допустимых сбросов.
Под предельно допустимым сбросом (ПДС) веществ в водный объект подразумевают массу вещества в сточных водах (г/ч), максимально допустимую к отведению в водоем с установленным режимом в данном пункте водного объекта. Рассчитывают ПДС с целью обеспечения санитарно-гигиенических норм качества воды в пунктах водопользования, ассимиляционной способности водного объекта и оптимального распределения массы вещества между потребителями, сбрасывающими сточные воды. При сбросе нескольких веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности ПДС устанавливают с таким расчетом, чтобы учесть все примеси, поступающие в водоем или водосток выше размещенных выпусков. Сумма соотношения фактических концентраций каждого вещества в водном объекте, к ПДК этих веществ, не должна превышать единицы.
При отсутствии утвержденных ПДК для каких-либо веществ, присутствующих в сточных водах, при установлении ПДС следует руководствоваться Правилами, которыми запрещено сбрасывать такие сточные воды в водоем.
*Под самостоятельными выпусками подразумевают отдельные или объединенные для нескольких предприятий выпуски сточных вод непосредственно в водные объекты, минуя системы водоотведения населенных мест.*
В исключительных случаях по согласованию с Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения страны допускается временное использование ориентировочных допустимых уровней содержания химических веществ (ОДУ). Их утверждают на период научного обоснования ПДК, но не более чем на 3 года.
Величину ПДС с учетом требований к составу и свойствам воды в водных объектах для всех категорий водопользования рассчитывают по формуле:
ПДС=Чст-Сст,
Где qCT - наибольшие среднечасовые расходы сточных вод (м3/ч); Сст - концентрация веществ в сточных водах, разрешенная к сбросу (г/м3).
При этом важно, чтобы сброс массы вещества, отвечающего ПДС, осуществлялся при расчетных расходах сточной воды qCT. В случае непредвиденного уменьшения расхода сточной воды qCT и сохранения при этом величины ПДС будет возрастать концентрация вещества в сточных водах в сравнении с расчетной qCT, что недопустимо.
Величина qCT, необходимая при расчете ПДС, для предприятий, учреждений, организаций, расположенных в зонах повышенного загрязнения водных объектов и (или) сточных вод, сбрасываемых в пределах населенного пункта, принимается не больше ПДК вещества в воде водных объектов в местах водопользования. В других случаях величина Сст определяется расчетным методом по рекомендованным выше формулам с учетом разведения сточных вод водой водного объекта, качества воды в нем выше места сброса сточных вод и процессов природного самоочищения.
ПДС для проектируемых предприятий устанавливают с учетом возможного изменения условий водопользования на участке водного объекта, куда предполагают сбрасывать сточные воды проектируемого предприятия.
Проекты ПДС прежде всего разрабатывают для действующих предприятий, сбрасывающих очищенные сточные воды в поверхностные водоемы, а также для предприятий, расположенных в зонах повышенного загрязнения водоемов. Для водоемов I и II категорий перечень таких предприятий, а также участков водоемов, относящихся к зонам повышенного загрязнения, определяют органы и учреждения санитарно-эпидемиологической службы в соответствии с гигиенической классификацией водных объектов по степени их загрязнения (см. табл. 14).
Проекты ПДС утверждают в базовых органах Министерства экологии по согласованию с органами и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы Министерства здравоохранения страны на определенный срок. Затем их пересматривают в сторону снижения, до полного прекращения в перспективе сброса в водные объекты загрязняющих веществ.
Порядок рассмотрения и утверждения проектов ПДС органами и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы такой же, как при выдаче органами государственного надзора разрешения на специальное водопользование.
Проекты ПДС для действующих объектов могут быть согласованы в том случае, если они обеспечивают соблюдение нормативов качества воды в пунктах водопользования. Сроки достижения проектов ПДС согласовывают местные органы государственного санитарного надзора с учетом конкретной санитарной ситуации, исходя из степени опасности существующего загрязнения. Для проектируемых объектов проекты ПДС согласовывают только при условии, если сброс сточных вод запроектированного объекта не приведет к превышению допустимого уровня загрязнения воды в пунктах водопользования.
В то же время, на предприятиях, для которых были согласованы ПДС, могут возникнуть ситуации, не предусмотренные ранее. Например, изменение технологического режима, увеличение объемов использования воды. Могут произойти изменения гидрологического режима водоема. Кроме того, могут быть построены новые объекты, появиться новые пункты водопользования населения и др. В этом случае согласованные ПДС не обеспечат необходимого качества воды в пунктах водопользования. Учитывая сложившееся положение, санитарно-эпидемиологическая служба ставит перед органами по регулированию использования и охране вод вопрос о досрочном пересмотре утвержденных ПДС.
- Головной пруд. Служит источником водоснабжения и для запаса воды. Иногда в нем выращивают товарную рыбу или посадочный материал. Используется круглогодично.
- Нерестовые. Используются в мае-июне для нереста производителей и получения личинок рыб.
- Мальковые. Служат для подращивания личинок до стадии малька (маленькой сформировавшейся рыбки) массой 0,1-1,0 г. Период использования - 20-30 дней в мае-июне.
- Выростные. В них выращивают сеголеток, т. е. рыб сего лета, до нормативной массы 25-30 г в период с мая по октябрь.
- Зимовальные пруды. Служат для содержания сеголеток и производителей зимой. Время использования в средней полосе России - с октября по апрель.
- Нагульные. Служат для выращивания товарной рыбы. Зарыбляют их годовиками (перезимовавшими сеголетками) весной, чаще всего в апреле. Товарную рыбу вылавливают в сентябре-ноябре.
- Летнематочные. В них содержат маточное и ремонтное поголовье. Производители - это половозрелые особи, а ремонт - рыбы, отобранные по ряду показателей в качестве будущих производителей, но еще не достигшие половой зрелости. Время использования этой категории прудов с апреля по октябрь.
- Садки. Пруды небольшой площади, в которых передерживают товарную рыбу с осени до весны для удлинения сроков реализации рыбы.
- Изоляторные. Служат для содержания больных рыб. Могут использоваться круглогодично.
- Карантинные. Используются для содержания завезенной из других хозяйств рыбы. Длительность карантина обычно составляет 1 месяц.
В табл. 7 представлены основные нормативные характеристики всех категорий прудов для специализированных рыбоводных хозяйств.
Таблица 7. Основные характеристики прудов различных категорий
Название прудов Площадь, га Глубина, м средняя / максимальная Водообмен, сут Время, сут Соотношение сторон заполнения спуска Головные по рельефу по рельефу + до 30 до 30 по рельефу Зимовальные 0,5-1,0 1,8/2,5 15-20 0,5-1,0 1,0-1,5 1:3 Нерестовые 0,05-0,1 0,6/1,0 - 0,1 0,1 1:3 Мальковые 0,2-1,0 0,8/1,5 - 0,2-0,5 0,2-0,5 1:3 Выростные 10-15 1,0-1,2/1,5 - 10-15 3-5 по рельефу Нагульные 50-100 1,3-1,5/2-2,5 - 10-20 до 5 по рельефу Летнематочные 1-10 1,3-1,5/2-2,5 - 0,5-1,0 0,5 1:3 Садки 0,001-0,05 1,5/2,0 0,1 0,1 0,1 1:3 Изоляторные 0,2-0,3 1,8/2,5 15-20 0,5-1,0 1,0-1,5 1:3 Карантинные 0,2-0,3 1,5/2,0 - 0,5-1,0 1,0-1,5 1:3 Все пруды в хозяйстве располагают в определенной последовательности. Так, зимовальные располагают вблизи плотины, чтобы путь от водоисточника к прудам был наименьшим во избежание замерзания или переохлаждения воды. Нерестовые - вблизи мальковых и выростных, чтобы сократить внутрихозяйственную транспортировку рыбы. Нагульные пруды строят ниже по течению реки за выростными. Карантинные и изоляторные пруды располагают в самой дальней точке хозяйства, чтобы уменьшить возможный риск распространения болезней. Помимо полносистемных рыбоводных хозяйств существуют рыбопитомники. В них выращивают рыбопосадочный материал - сеголеток и годовиков, которые реализуют в так называемые нагульные хозяйства. В рыбопитомниках есть все категории прудов, перечисленные выше, за исключением нагульных. В нагульных же хозяйствах есть только нагульные пруды. Закупая в рыбопитомниках посадочный материал, в них выращивают товарную рыбу. Кроме того имеются племенные хозяйства, которые занимаются проведением селекционно-племенной работы и реализуют производителей и ремонтное поголовье в рыбопитомники и полносистемные хозяйства.
Теоретически фермерское рыбоводное хозяйство может быть и полносистемным, племенным, нагульным и рыбопитомником. Однако главной специфической особенностью фермерских хозяйств является ограниченность земельных, водных и людских ресурсов. Поэтому рыбоводная ферма должна быть компактной и помимо, минимальной стоимости строительства, максимально дешевой в эксплуатации, не требующей много рабочей силы. Это может быть достигнуто верным выбором типа хозяйства. Небольшой коллектив фермеров, состоящий часто только из членов одной семьи или родственников просто не в состоянии вести дело в полносистемном или племенном хозяйстве с большим количеством прудов и многообразием технологических операций. Оптимальным в такой ситуации представляется вариант, когда на рыбоводной ферме есть пруды только одной категории, хотя самих прудов может быть не один, а несколько. Это могут быть нагульные, выростные или пруды, используемые в режиме платной рыбалки. В следующих главах мы расскажем о технологиях, наиболее пригодных для товарных рыбоводных ферм, рыбопитомников и практикующих платное любительское рыболовство. Что касается рекомендуемых размеров прудов, то нужно принять во внимание, что рыбоводные нормативы, приведенные в табл. 7, были приняты почти четверть века назад и разрабатывались исключительно для государственных рыбхозов, когда даже не допускалась мысль о каких-то возможных ограничениях и когда многие проекты страдали гигантоманией. Между тем за прошедшее время произошли значительные изменения как вообще в экономике, так и, в частности, в рыбоводстве. С точки зрения потребностей и реалий сегодняшнего дня и развития рыбоводных технологий представляется неоправданным строительство, например, нагульных и выростных прудов такой большой площади. Появились данные о том, что оптимальный размер нагульных прудов должен составлять 8 + 2 га. При меньшей площади увеличивается доля дамб и земля используется менее рационально. При большей - пруды становятся менее управляемые.
Площадь же выростных прудов традиционно была меньше нагульных. Вообще с ростом интенсификации проявляется тенденция к уменьшению площадей отдельных прудов. Характерен пример Китая - мирового лидера в области аквакультуры, - где 60% всей прудовой рыбы выращивается фермерами в прудах менее 1 га. Аргументом в пользу уменьшения размеров прудов может служить общеизвестный факт, что продуктивность малых водоемов всегда выше, чем больших. Это объясняется большей долей продуктивной меторальной (прибрежной) зоны, где лучше развиваются кормовые организмы, служащие пищей для рыб.
"Небольшие пруды по даваемой ими прибыли похожи на малые участки земли, которые обыкновенно приносят больший доход, чем равные им пространства большого имения. Вода в таких небольших прудиках почти всегда бывает питательной, и рыба в ней растет очень быстро, почему маленькие пруды всегда дают лучший доход, чем большие. Об этом знает всякий, кто хоть немного занимался рыбным хозяйством", - писал уже упоминавшийся Фердинанд Вилькош. Все сказанное выше должно служить подтверждением тезиса о том, что реально площадь прудов с трудом поддается нормированию, может сильно варьировать и все зависит от конкретных условий. Однако этого нельзя сказать о средних, минимальных и максимальных глубинах. Приведенные нормативы близки к оптимальным для выращивания карпа - основного объекта культивирования в России. Поэтому при строительстве новых прудов их следует придерживаться. Для других объектов выращивания, таких как осетровые, лососевые, нормативные глубины несколько отличаются. Они будут приведены в следующих главах. Итак, подытоживая все сказанное в этой главе, выделим обязательные действия будущего фермера при строительстве прудов и технологические решения, в наибольшей степени подходящие для создания небольшой рыбоводной фермы.
- Плотина, перегораживающая реку, ручей, овраг или балку по возможности должна быть построена из однородного грунта (суглинка).
- Обязательно сооружение донного водоспуска, который может быть упрощенного типа в виде трубы, проложенной в теле плотины на уровне дна головного пруда.
- Если необходимо устройство паводкового водосброса, то его, по возможности, выполняют в виде трубы, проложенной через плотину на уровне нормального подпорного уровня в головном пруду.
- Если предусматривается строительство пойменных прудов, то головной водозабор выполняют трубчатым.
- Магистральный канал устраивают в выемке, а вынутый грунт используют для возведения плотины.
- Водовыпуски из канала в пруды делают трубчатые.
- Если позволяют размеры прудов (площадь до 1 га), то на ложе рыбосборно- осушительные каналы не нарезают, а рыбоуловители не делают.
- Для наиболее эффективного использования построенных прудов необходимо выдержать нормативные глубины.
- Обязательно сооружение донных водоспусков или, по крайней мере, сифонных водосбросов.
- Дамбы прудов, по возможности, насыпают из суглинка.
Смесь хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод по физическому состоянию является нестойкой полидисперсной системой. Примеси (загрязнения) сточных вод по своим размерам колеблются от грубых до высокодисперсных.
В бытовых сточных водах грубодисперсные примеси и взвешенные частицы (размером более 10 -4 мм) составляют 35-40%, колло-иднорастворенные (размером 10 -4 мм) - 10-25%, растворимые (размером менее 10 -6 мм) составляют 40-55% от общего количества загрязнений.
На одного жителя, который пользуется канализацией, приходится 60-80 г взвешенных частиц в сутки (в сухом эквиваленте). При очистке сточных вод вначале извлекают грубо-дисперсные, а затем коллоиднорастворенные и растворенные примеси.
По своему составу примеси хозяйственно-бытовых стоков делят на три группы: минеральные, органические и биологические .
К минеральным примесям относят: песок, частицы шлака, глины, соли, щелочи, кислоты, минеральные масла и другие органические вещества. Количество минеральных примесей составляет около 30-40% от общего количества загрязнений.
К органическим примесям относят загрязнения растительного и животного происхождения.
В загрязнениях растительного происхождения основным элементом является углерод, а в загрязнениях животного происхождения - азот. Органические загрязнения образуются в результате жизнедеятельности человека. Количество органических примесей составляет 60-70% от общего количества загрязнений хозяйственно-бытовых сточных вод. Количество органических загрязнений пропорционально числу жителей и составляет 7-8 г азота, 8-9 г хлоридов, 1,5-1,8 фосфора, 3 г калия и других веществ на одного жителя в сутки.
Наибольшие трудности при очистке сточных вод вызывают органические примеси. Находясь в сточных водах, они быстро загнивают и отравляют грунт, воду и воздух. Поэтому сточные воды необходимо быстро вывести за пределы населенных пунктов и минерализовать органические вещества, которые уже теряют свои вредные качества.
К биологическим примесям относятся микробная флора и фауна: бактерии, вирусы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибки и т.п. Несмотря на то, что размеры и вес микроорганизмов очень малы, зато если сложить вместе все бактерии, то суммарный объем микроорганизмов в сточных водах составит приблизительно 1 м3 на 1000 м3 стоков. Живительной средой для микроорганизмов являются органические вещества, находящиеся в сточных водах.
Среди микроорганизмов есть патогенные (заразные) бактерии: возбудители брюшного тифа, холеры, дизентерии и других желудочно-кишечных заболеваний. Поэтому большинство сточных вод является потенциально опасными. В каждом конкретном случае для определения степени опасности сточных вод делают анализ качественного и количественного загрязнения того или иного вида.
Минерализацию органических веществ осуществляют их окислением . Процесс окисления органических веществ, который осуществляется в присутствии воздуха, называется аэробным. В том случае, когда на окисление органических веществ расходуется кислород не из воздуха, а из различных соединений, процесс минерализации называют анаэробным.
При анаэробном процессе окисления, который протекает очень медленно, выделяются различные газы с плохим запахом и развивается большое число анаэробных бактерий. Таким образом, все основные виды очистки сточных вод основаны на минерализации органических веществ в анаэробных условиях.
Для того чтобы не загрязнять источники хозяйственно-питьевой воды, места купания и отбора промышленных вод, сточные воды очищают. При этом частично процесс очищения может происходить уже в самом водоеме, вблизи места выпуска стоков, если это не мешает использованию воды для водоснабжения.
Необходимая степень очистки сточных вод перед сбрасыванием их в водоемы определяется специальным расчетом и согласовывается с местными органами санитарного и рыбного надзора. Для расчета степени очистки стоков необходимо знать концентрацию и количество сточных вод, мощность и категорию водоема и содержание кислорода в его воде. По условиям сбрасывания сточных вод водоемы делят на три категории в зависимости от характера их использования.
Первая категория включает участки водоема, которые используются для централизованного водоснабжения, а также те, которые находятся в границах второго пояса зоны санитарной охраны водопроводов или граничат с государственными рыбными заповедниками.
Вторая категория включает участки водоема, которые используются для неорганизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и водоснабжения предприятий пищевой промышленности, а также участки с местами массового нереста промышленных видов рыб.
Третья категория включает в себя участки водоема в границах населенных пунктов, которые используются для массового купания или имеют архитектурно-декоративное значение или используются для организованного рыбного хозяйства. Водоемы третьей категории не используются для питьевого водоснабжения.
В соответствии с вышесказанным, к каждой категории водоемов предъявляются соответствующие условия. После смешивания сточных вод с водой водоема, смешанная вода должна иметь в своем составе не менее 4 мг/л растворенного кислорода(летом). Активная реакция в смешанной воде не должна быть по рН ниже 6,5 и выше 8,5, а содержание взвешенных частиц не должно повышаться более чем на 0,25 мг/л для водоемов первой категории, 0,75 мг/л для водоемов второй категории и 1,5 мг/л для водоемов третьей категории.