Комплексное использование водных ресурсов

Комплексное использование водных ресурсов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (Сибстрин)

Кафедра водоснабжения и водоотведения

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Методические указания к выполнению курсовой работы и для практических занятий для студентов специальности 270112  «Водоснабжение и водоотведение» для всех форм обучения

НОВОСИБИРСК 2007г.

Методические указания разработаны: к.т.н., доц. Е. Л.Войтовым,

                                                               к.т.н., доц. Т. А Купницкой,

                                                              к.т.н., доц.   Н. А.  Скитер,

ст. препод.  Т. В.Догадиной.

Утверждены методической комиссией инженерно- экологического факультета   «         » ___________2007г.

Рецензенты:

·                   Ю. Л. Сколубович – д.т.н., профессор НГАСУ (Сибстрин)

·                   Е. И. Коновалов – доцент НГАСУ (Сибстрин)

ã Новосибирский архитектурно-строительный университет (Сибстрин) 2007г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1                      ВВЕДЕНИЕ.. 5

2                      КУРСОВАЯ РАБОТА «Комплексное использование водных ресурсов»      5

2.1        Исходные данные для выполнения курсовой работы.. 5

2.2        Задачи курсовой работы.. 5

2.3        Оформление  курсовой работы.. 6

2.4        Выбор мест расположения водозаборных, водоочистных сооружений и очистных сооружений канализации. 6

2.5        Определение расходов водопотребления и водоотведения в населенном пункте    7

2.5.1.           Определение хозяйственно-питьевых расходов воды в населенном пункте    7

2.5.2.           Определение количества сточных вод от населенного пункта. 8

2.6        Определение расходов водопотребления и водоотведения для промышленного предприятия. 9

2.7        Земледельческие поля орошения. 10

2.8        Комплексное использование водных ресурсов. 11

2.9        Водохозяйственный баланс. 12

2.10      Оценка рациональности использования водных ресурсов. 13

3                      ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ.. 14

3.1        Исходные данные для выполнения задания. 14

3.2        Цель расчета. 14

4                      Определение допустимых концентраций химических загрязнений при сбросе стоков в водоем.. 15

5                      РАСЧЕТ ПЛАТЫ ЗА СБРОС ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДОЕМ        18

5.1        Случай 1. Предприятие не приняло к сведению рекомендации о необходимости проведения мероприятий по доочистке некоторых загрязнений. 18

5.2        Случай 2. Предприятие провело мероприятия по доочистке некоторых загрязнений. 19

5.3        Установление платежей за сброс. 19

6                      Расчет ПРЕДОТВРАЩЕННОГО экономического ущерба от сброса сточных вод   20

7                      Литература. 21

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Ситуационный план. 22

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Исходные данные для определения хоз-питьевых расходов воды в НП   27

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Нормы водопотребления для различной степени благоустройства жилой застройки. 27

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Исходные данные для определения расходов на ПП.. 28

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Исходные данные по поверхностным источникам водоснабжения для расчета ВХБ. 30

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Прямоточная схема водопотребления. 31

ПРИЛОЖЕНИЕ  Ж. Исходные данные по водоему и сточным водам ПП.. 32

ПРИЛОЖЕНИЕ З. ПДК по загрязняющим веществам, эффект очистки на ЛОС, нормативы платежей за сброс, коэффициент приведения. 36

ПРИЛОЖЕНИЕ И. Расчетная схема для определения концентраций химических загрязнений. 37

1                   ВВЕДЕНИЕ

Понятие «комплексное использование и охрана водных ресурсов» предусматривает комплекс следующих основных мероприятий:

·                   всесторонняя оценка природных вод с учетом антропогенной деятельности в современных условиях и на перспективу;

·                   выявление потребностей в воде всех отраслей народного хозяйства, обоснование норм водопотребления с учетом повторного или последовательного использования воды, определение объема безвозвратных потерь;

·                   установление мер по охране природных вод от истощения и загрязнения, а также разработку мер и предложений по очистке, обезвреживанию и использованию промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных стоков;

·                   подсчет экономического эффекта от реализации запроектированных мер.

2                   КУРСОВАЯ РАБОТА «Комплексное использование водных ресурсов»

2.1              Исходные данные для выполнения курсовой работы

1. Ситуационный план, М 1:250 000: приложение А.

2. Исходные данные по населенному пункту: приложения Б, В.

3. Исходные данные по промышленному предприятию: приложение Г.

4. Исходные данные по поверхностному источнику водоснабжения: приложение Д.

2.2              Задачи курсовой работы

Цель курсовой работы - закрепление теоретических знаний студента по данной дисциплине и применение их на стадии проектирования.

На основании исходных данных необходимо произвести расчет баланса водопотребления и водоотведения в населенном пункте (НП) и на промышленном предприятии (ПП) для прямоточной, оборотной и комбинированной схем водопотребления и оценить рациональность использования водных ресурсов.

Курсовая работа должна состоять из пояснительной записки с расчетами, схемами, соответствующими обоснованиями и одного листа чертежей формата А2.

2.3              Оформление курсовой работы

В пояснительной записке должны быть обоснованы конструктивные решения на следующих этапах:

1.                 Выбор и обоснование мест расположения водозаборных, водоочистных сооружений и очистных сооружений канализации.

2.                 Определение расходов воды и количества сточных вод в населенном пункте.

3.                 Определение расходов воды и количества сточных вод на промышленном предприятии.

4.                 Определение расходов для полей орошения.

5.                 Расчет 3 схем водоснабжения: прямоточной, оборотной и оборотной с повторным использованием (комбинированной).

6.                 Расчет водохозяйственного баланса.

7.                 Оценка рациональности использования водных ресурсов в НП и ПП.

В графической части выполняется 3 варианта генплана населенного пункта, промышленного предприятия и полей орошения для 3 схем водоснабжения и водоотведения с указанием расчетных расходов.

Пример водопотребления по «прямоточной схеме» - приложение Е.

2.4              Выбор мест расположения водозаборных, водоочистных сооружений и очистных сооружений канализации

Выбор мест расположения водозабора и водоочистных сооружений производится в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02-85* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования»[1] с учетом зон санитарной охраны.

Выбор мест расположения площадки канализационных очистных сооружений относительно населенного пункта производится в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования»[2] с учетом санитарно-защитных зон.

2.5              Определение расходов водопотребления и водоотведения в населенном пункте

Для удобства оценки рациональности водных ресурсов, все расходы следует пересчитывать на годовое потребление (м3/год).

2.5.1. Определение хозяйственно-питьевых расходов воды в населенном пункте

Определение расчетных расходов воды на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте производится на основании исходных данных (Приложений А, Б, В) в соответствии со [1]. Нормы на полив и мойку принимаются согласно п.2.3 [1]. Расчет проводится в табличной форме (Таблица 2.1).

Таблица 2.1  Определение годовых расходов воды в населенном пункте

Общий максимальный расход хозяйственно-питьевой воды  в населенный пункт (QНП.год.max) поступает от водозабора и водопроводных очистных сооружений.

Неучтенные расходы  (10-15% от максимального расхода) компенсируют безвозвратные потери воды с утечками в трубопроводах и водоразборной арматуре.

Таким образом, из максимального расхода какая-то часть безвозвратно теряется (Qнп бп), часть поступает на нужды населения (Qнп max), часть – на полив в летнее время улиц, зеленых насаждений, газонов и цветников (∑Qнп пол).

2.5.2. Определение количества сточных вод от населенного пункта

Из поступающих в населенный пункт расходов воды (табл. 2.1.) в систему канализации населенного пункта и на очистные канализационные сооружения поступает расход Qнп max уже в виде хозяйственно-бытовых стоков.

Кроме хозяйственно-бытовых стоков, необходимо учитывать дождевые, моечные и талые стоки, поступающие в систему канализации с территории населенного пункта.

Годовой объем поверхностного стока – WнпП.С, м3,  дождевых, талых и моечных вод от населенного пункта определяется: 

WнпП.С = Wнпд + WнпТ + Wнпм                                                             (2.1)

где Wнпд, WнпТ , Wнпм  - годовые объемы дождевых, талых и поливомоечных вод соответственно, м3/год. 

Wнпд = 10×hгд×Ѱд×Fнп                                                                            (2.2)

где    hГ д- слой осадков за теплый период года, мм, определяется по климатологическим справочникам. В данной работе, для всех вариантов, коэффициент принимается по Новосибирской области, hГд=370 мм.

Ѱд – коэффициент стока, зависит от рода поверхности, интенсивности и продолжительности дождя, для водонепроницаемых покрытий Ѱд =0,6÷0,8.

Fнп – площадь водосбора, га.

Wнпт = 10×hгт×Ѱт×Fнп                                                                             (2.3)

где hГ д- слой осадков за холодный период года, мм, определяется по климатологическим справочникам. В данной работе, для всех вариантов, принимается коэффициент по Новосибирской области, hГт=466 мм.

Ѱт =0,5÷0,7.

Wнпм = Qтп (моек)×Ѱм                                                                              (2.4)

Qтп (моек) – таблица 2.4.1, Ѱм =0,5.

Расход сточных хозяйственно-бытовых вод от населенного пункта с учетом поверхностного стока, поступающий на очистные сооружения канализации (КОС) при общесплавной системе канализации составит:

QНП ст = Qнп max + WнпП.С                                                               (2.5)

Общая схема водопотребления и водоотведения населенного пункта представлена на рис. 2.1.

2.6              Определение расходов водопотребления и водоотведения для промышленного предприятия

Годовой расход воды рассчитывается отдельно по каждой категории водопотребления и водоотведения ПП, м3/год (×10n):

                                                                                (2.6)

W - годовой объем производства, ед./год (Приложение Г);

qi – среднегодовой расход воды или стоков на единицу продукции, м3/ед. продукции (Приложение Г).

·                   Qпп об – оборотной воды;

·                   Qпп тех – технической воды;

·                   Qпп пр - воды питьевого качества для производственных целей;

·                   Qпп хп - воды для хозяйственно-питьевых целей;

·                   Qпп пр.ст - производственных стоков, требующих очистки;

·                   Qпп хб.ст - хозяйственно-бытовых сточных вод;

·                   Qпп ст - стоков, не требующих очистки;

·                   Qпп б.п. - безвозвратного потребления.

к – коэффициент изменения среднегодовых расходов воды по сезонам года, принимается равным 1.

Кроме воды, поступающей на ПП от соответствующих систем, необходимо учитывать поверхностный сток с территории промышленного предприятия - дождевые, моечные и талые воды.

Годовой объем поверхностного стока ПП (WппП.С.) рассчитывается по формулам (2.1–2.4) аналогично населенному пункту с учетом площади водосбора, в данном случае – площади ПП (Fпп).

Расход на механизированную мойку покрытий, м3/год, определяется по формуле:

Qпп моек =Fпп м×qм×Км×10                                                                (2.7)

Нормы на мойку твердых покрытий принимаются согласно п. 2.3 [1]. Площадь покрытий, подвергающейся мокрой уборке на ПП в данной курсовой работе принимается 10% от общей площади предприятия для всех вариантов.

Общая схема водопотребления и водоотведения на ПП для оборотной системы представлена на рис. 2.2.

2.7              Земледельческие поля орошения

ЗПО – мелиоративная система по использованию предварительно очищенных сточных вод, для орошения и удобрения сельхозугодий, а также для доочистки стоков в естественных условиях.

При использовании сточных вод для полей орошения следует учитывать продолжительность вегетационного периода выращиваемых на ЗПО культур.

Годовое количество сточных вод, м3/год, необходимых для поля орошения, рассчитывается по формуле:

                                                                   (2.8)

Fпо – площадь поля орошения, м2;

qуд - удельная нагрузка по сточным водам на площадь поля орошения принимается в зависимости от почвенно-мелиоративных условий. Для лесостепей – 12м3/га×сут, для зоны лиственных лесов – 8м3/га×сут,  для тайги – 6м3/га×сут.;

nпол – количество дней поливок за вегетационный период (для всех вариантов в курсовой работе принимается 60 поливок).

2.8              Комплексное использование водных ресурсов

Для комплексной оценки различных систем водоснабжения рассчитываются 3 схемы водопотребления: прямоточная, оборотная и с повторным использованием (комбинированная).

1 схема. Прямоточная. Весь необходимый расход (Qист) для НП, поля орошения, ПП (включая оборотный расход) забирается из источника водозаборными сооружениями и после очистки подается на потребление насосами 2 подъема:

Qист = QНП год. max  + ∑Qппгод +Qор                                                 (2.9)

∑Qппгод= Qпп хп+ Qпппр+Qпптех+Qнпоб+Qппбп                           (2.10)

Количество сточных вод, сбрасываемых в водоем после КОС (Qст):

Qст = Qист - Qнпбп - Qппбп + ∑Wнп+ппт. + ∑Wнп+ппд.               (2.11)

Примечание: для более полного сравнения вариантов в данной схеме принимается допуск, что «оборотная» вода также каждый раз забирается из источника.

2 схема. Оборотная схема водоснабжения с локальными водооборотными циклами на предприятии. Оборотная вода замкнута в производственном цикле (рис. 2.2), а потери воды при обработке оборотной воды (охлаждение или очистка), перед возвратом в систему, учтитываются в расходе на безвозвратное потребление - Qппбп.

∑Qппгод= Qпп хп+ Qпппр+Qпптех+Qппбп                                       (2.12)

Для поля орошения используется вода из поверхностного источника, поэтому для расчета Qист и Qст справедливы формулы соответственно 2.9 и 2.11.

3 схема. Оборотная схема водоснабжения с повторным использованием.  Для повторного использования подходят стоки, прошедшие очистку на КОС в качестве технической воды на предприятии и земледельческих полях орошения.

Qист = QНП год. max+∑Qппгод                                                          (2.13)

∑Qппгод= Qпп хп+ Qпппр+Qппбп                                                     (2.14)

Количество сточных вод - Qст,  определяется в зависимости от принятой схемы повторного использования очищенных сточных вод.

2.9              Водохозяйственный баланс

Водохозяйственный баланс (ВХБ) закладывается в основу разработки водохозяйственных систем, позволяет оценивать эффективность отдельных решений проблемы, увязывать и корректировать эти решения для достижения оптимального использования водных ресурсов.

Составляющие водохозяйственного баланса сводятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.  Водохозяйственный баланс для трех схем водопользования.

Водохозяйственный баланс для поверхностных вод:

                                                                          (2.15)

В – итог водохозяйственного баланса;

С – расход воды в реке, поступающий на данную территорию, м3/год;

∆С – расход воды от притоков воды на участке, м3/год;

Qп -потребление воды на участке, м3/год;

                                                                                    (2.16)

Qист - суммарный отбор воды из реки для водопотребления, м3/год;

Qст- сточные воды, которые поступают в реку на участке, м3/год;

Сτ-требуемый транзитный сток в замыкающем участке створа по санитарным нормам, нормам судоходства, отдыха, рыбоводства и разбавления сточных вод, м3/год.

При В>0 дефицита воды нет и, соответственно, есть потенциал для развития района.

При В<0 отмечается дефицит ресурсов воды.

2.10          Оценка рациональности использования водных ресурсов

1. Техническое совершенство оборотной системы водоснабжения промышленного предприятия оценивается количеством использованной оборотной воды, и характеризуется величиной Коб,%:

                                   (2.17)

Коб→100%.

2. Потери воды на ПП характеризуются величиной Кпот, %, которая определяется по формуле:

                                                          (2.18)

Кпот→0

3. Рациональность использования воды в НП и ПП оценивается коэффициентом использования Ки:

                                                                             (2.19)

Кисп→≤1.

3                   ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

3.1              Исходные данные для выполнения задания

1. Исходные данные по поверхностному источнику водоснабжения; количеству и качеству сточных вод промышленного предприятия: приложение Ж.

2. Предельно допустимые концентрации по загрязняющим веществам, эффект очистки на локальные очистные сооружения (ЛОС), нормативы платежей за сброс: приложение З.

3.2              Цель расчета

Канализационные (или локальные) очистные сооружения, должны обеспечивать очистку сточных вод от химических загрязнений до норм ПДС – предельно допустимого сброса.  Уровень ПДС рассчитывается из условия, что в контрольном створе концентрации химических загрязнений не будут превышать ПДК.

Контроль ПДК производится в расчетном створе, который определяется в зависимости от вида и назначения водотока с учетом фоновых концентраций загрязнений (Приложение И).

Фоновые концентрации – это концентрации тех же химических загрязнений, которые есть в очищенных стоках, в воде водоема. При попадании в водоем концентрации химических загрязнений сточных вод накладываются на фоновые концентрации загрязняющих веществ водоема.

Снижение концентрации химических загрязнений возможно только за счет смешения.

Цель расчетного задания:

1.                 определить по каким видам загрязнений есть запас по сбросу, а для каких требуется доочистка;

2.                 установить нормативы платежей при превышении норм ПДС и при соответствии нормам ПДК;

3.                 рассчитать экономический эффект, полученный в результате природоохранного мероприятия.

4                   Определение допустимых концентраций химических загрязнений при сбросе стоков в водоем

Расчет ведется при одинаковых лимитирующих показателях вредности и комбинированном действии веществ, в соответствии с расчетной схемой (приложение И).

Результаты расчета заносятся в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Расчет концентраций химических загрязнений.

Наименование загрязнения

Концентрация, поступающая на городские очистные сооружения, мг/л, Сисх

Концентрация после очистки, мг/л, Сочищ

Допустимая концентрация в расчетном створе, мг/л, Спдк (Приложение З)

Концентрация для расчета сброса стоков, мг/л, Спдс

Фактическая концентрация в расчетном створе, мг/л, Сфакт

Превышение по загрязнениям, ΔС, мг/л

Принятая концентрация сброса стоков из условия не превышения ПДК в своре, мг/л, Спдс(1)

Принятая концентрация сброса стоков из условия комбинированного действия загрязн., мг/л, Спдс(2)

1

2

3

4

5

6

7

8

9