Расчет кратности разбавления

Разбавление является одним из основных факторов обезвреживания сточных вод. Хотя при разбавлении общее количество поступившего в водный объект (приемник сточных вод) загрязняющего вещества не изменяется, обезвреживающий эффект весьма существенен. Разбавление действует одинаково как на консервативные, так и на неконсервативные вещества. Разбавление сточной жидкости в потоке приемника сточных вод обусловлено смешением загрязненных струй со смежными, более чистыми струями под воздействием турбулентного перемешивания.

В практике расчетов используются понятия: кратность разбавления n и коэффициент смешения а. Кратность разбавления – это количественная характеристика интенсивности процесса снижения концентрации загрязняющих веществ в водоемах или водотоках, вызванного перемешиванием и разбавлением сточных вод в окружающей водной среде.

Кратность общего (суммарного) разбавления выражается произведением:

n = n_н·n_осн (2.3)

где n_н – кратность начального разбавления, обусловленная более интенсивным разбавлением в зоне начального разбавления; n_осн – кратность основного разбавления.

При сбросе сточных вод в водотоки и в зоны устойчивых однонаправленных течений водоемов расчет начального разбавления выполняется по Н.Н. Лапшеву.

Начальное разбавление следует учитывать в следующих случаях:

– для напорных, сосредоточенных и рассеивающих выпусков сточных вод при соотношении скоростей в приемнике сточных вод (V_р) и в выходном сечении выпуска сточных вод (V_вых): V_вых > 4 V_р;

– при абсолютном значении скорости потока в выходном сечении выпуска сточных вод более 2 м/с (при меньших скоростях расчет начального разбавления не производится).

Расчет кратности начального разбавления производится следующим образом:

1) Находится скорость на оси струи

V₀ = V_р + ΔV (2.4)

где ΔV – превышение скорости речного потока над скоростью на оси струи (задается в пределах 0,1…0,15 м/с).

2) задаваясь числом выпускных отверстий оголовка выпуска сточных вод и скоростью потока в выходном сечении V_вых (2…5 м/с), определяют диаметр выходного сечения:

(2.5)

где q – расход сточных вод, сбрасываемых через выпуск сточных вод, м³/с; диаметр округляется в меньшую сторону кратно 0,05 м.

3) Вычисляются параметр т (отношение скоростей) m = V_р/V_вых и соотношение (V₀/V_р) – 1

4) по номограмме (рисунок 2.1) находится отношение диаметра загрязненной струи (пятна) в створе начального разбавления (d) к диаметру выходного сечения выпуска сточных вод (d_вых);

5) Рассчитывается диаметр нестесненной струи в расчетном сечении

(2.6)

Рисунок 2.1 – Номограмма для определения диаметра струи в расчетном сечении d/dвых

6) Кратность начального разбавления без учета стеснения струи (когда диаметр пятна (d) меньше средней глубины воды в реке (Н) в зоне начального разбавления) определяется по формуле:

(2.7)

7) Кратность начального разбавления с учетом стеснения струи (когда диаметр пятна (d) больше средней глубины воды в реке (Н) в зоне начального разбавления) определяется по формуле:

(2.8)

где понижающий поправочный коэффициент, определяемый по рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Зависимость поправочного коэффициента от соотношения диаметра пятна и средней глубины воды в водотоке

Кратность основного разбавления в расчетном створе определяется по формуле:

(2.9)

где –расчетный расход речной воды в м³/с, участвующий в смешении; q –расход сточных вод, м³/с, а – коэффициент смешения – безразмерный коэффициент, показывающий, какая часть расхода приемника сточных вод смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа.

Коэффициент смешения а находят по формуле:

(2.10)

где е – основание натуральных логарифмов; L_ф. – расстояние до расчетного створа по фарватеру, м (определяется по плану водного объекта – рис. 2.3).

Теоретически расстояние от выпуска сточных вод до створа полного смешения равно бесконечности, поэтому значение коэффициента а, равное 1, на практике не встречается.

Значение α находят по формуле:

(2.11)

где φ – коэффициент извилистости реки; ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска (при береговом выпуске ξ = 1, при фарватерном ξ = 1,5); D – коэффициент турбулентной диффузии, м/с; q – расход сточных вод, м³/с (согласно варианту задания).

Коэффициент извилистости φ определяют по формуле:

(2.12)

где L – длина до расчетного створа по прямой, м (определяется по плану водного объекта – рис.2.3).

Рисунок 2.3 – План водного объекта М 1:5000 Обозначение створа реки и его основные характеристики: 1 – номер створа; в числителе 0,20 – скорость течения, м/с; в знаменателе 3 – глубина, м.

Таблица 2.1.

Коэффициенты шероховатости для открытых русел водотоков

Коэффициент турбулентной диффузии (для равнинных рек) D находят по формулам:

Для летнего времени

(2.13)

где: g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²; V – средняя скорость течения водотока, м/с; Н – средняя глубина водотока, м; п_ш – коэффициент шероховатости ложа реки (таблица 2.1), С_ш – коэффициент Шези, м^1/2/с, определяемый по формуле Н.Н. Павловского,

(2.14)

где R – гидравлический радиус потока, м (R ≈ Н); параметр у, определяемый как:

(2.15)

Для зимнего времени (периода ледостава)

(2.16)

где R_ПР, n_ПР, С_{ш ПР} – приведенные значения гидравлического радиуса, коэффициента шероховатости и коэффициента Шези;

R_ПР = 0,5·H (2.17)

(2.18)

(2.19)

где п_л – коэффициент шероховатости нижней поверхности льда (таблица 2.2), параметр у, определяют по формуле (2.15).

Таблица 2.2.

Коэффициенты шероховатости нижней поверхности льда