откуда

Da - h)

k\La

(4.30)

После определения гкр можно, зная La и Da, определить из того же уравнения (4.28) Dt, а следовательно, и минимальное содержание кислорода. Допустимый минимум установлен санитарными правилами (см. далее).

Кислородный режим реки зависит от температуры. При повышении температуры воды скорость потребления кислорода возрастает, а так как скорость реаэрации при

tf 6

Время в сутиах

этом почти не изменяется, то летом минимум содержания кислорода наступает быстрее и содержание кислорода в реке будет меньше. Принимая к тому же во внимание, что растворимость кислорода в воде летом уменьшается, следует признать летние условия в отношении содержания кислорода в реке менее благоприятными, чем зимние (при отсутствии ледяного покрова).

Ледяной покров в зимнее время почти приостанавливает реаэрацию, и содержание растворенного кислорода может очень сильно уменьшиться. Наблюдались даже случаи гибели рыбы от недостатка кислорода. В этот период насыщение воды кислородом должно осуществляться аэрацией. Поверхность водохранилища в зоне аэрации остается свободной от льда, вода получает необходимое количество кислорода и качество ее улучшается.

На рис. 4.6 показано изменение содержания кислорода в воде реки при различных температурах.

Начальный дефицит принят во всех случаях равным нулю. Первоначальная БПКз принята равной 20 мг/л; при температуре 20° С константы /sj = 0,l и /2 = 0,2. Для других температур константу kx можно вычислить по уравнению (4.9).

Максимальный дефицит при температуре 5 и 30° С наблюдается соответственно через 5,5 и 2,5 дня, причем значение дефицита кислорода в первом случае достигает 4 мг/л, а в последнем-6 мг/л.

Большое влияние на содержание растворенного кислорода в водоеме оказывает и величина начального загрязнения. На рис. 4.7 показаны кривые изменения содержания кислорода в воде водоема, вычисленные по формуле (4.28) для первоначальной La, равной 2, 5, 10, 20, 30 и 40 мг/л. Во всех случаях начальный дефицит кислорода принят одинаковым- около 1 мг/л, а температура 20° С.

Из рассмотрения рис. 4.7 и формулы (4.30) видно, что время до наступления минимума содержания кислорода при прочих равных условиях увеличивается с возрастанием начальной БПК (La), но увеличение это незначительно и время наступления минимума колеблется от 2 до

Рис. 4 7 Влияние первоначальной БПК и коэффициента реаэрации на изменение содержания растворенного кислорода

/ -Й2=0.2; 2-£д=5, 2=0,2; 3-l=-10, /j-=0,2, 4-=20, fej=0,2; 5 - Z-q-=30, 2-0,2; 6-L = =40, 2=0,2; 7 -Lq=20. fejO.S. S - i, =40. 2=0,8

3 дней Из этой же формулы можно видеть, что время до наступления минимума содержания кислорода будет тем меньше, чем больше начальный дефицит кислорода Da. Время это, а следовательно, и расстояние критической точки от начальною пункта зависят главным образом от температуры.

От начальной БПК значительно зависит величина падения содержания кислорода. Как видно из рис. 4.7 и формулы (4.28), дефицит кислорода в критической точке Dp возрастает почти прямо пропорционально начальной БПК {La)-

При плохих условиях реаэрации, т. е. при небольшом значении коэффициента ki и высокой температуре воды летом, дефицит кислорода Dt может дойти до полного, т. е. растворенный кислород на некотором участке водоема будет отсутствовать. Из рис. 4. 6 видно, что такие условия наступают, например, при La==40 мг/л и 2 = 0,2. В этом случае, даже при учете одновременного потребления и растворения кислорода, содержание его в воде водоема падает до нуля. На рисунке это выражается тем, что кривая содержания кислорода пересекается с осью абсцисс, соответствующей полному отсутствию растворенного кислорода или дефициту его при температуре речной воды 20 С, равному 9,17 мг/л. С другой стороны, при хорошей реаэрации, превышающей потребление кислорода, и незначительном начальном загрязнении может оказаться, что снижения содержания растворенного кислорода не будет.

Из рис. 4.7 видно, как велико значение константы растворения кислорода. При том же начальном загрязнении La=40 мг/л, но при )2==0,8 дефицит кислорода составляет лишь 3,8 мг/л, и наименьшее содержание кислорода равно: 9,17-3,8=5,37 мг/л. Кроме того, момент наибольшего загрязнения и начало возрастания содержания кислорода наступают значительно раньше. Ввиду того что скорость реаэрации пропорциональна дефициту кислорода, на такую величину реаэрации (2 = 0,8) рассчитывать не следует.

В этом случае скорость потребления кислорода в начальный период будет значительно превышать скорость его растворения за счет реаэрации, и может наступить момент, когда дефицит кислорода будет больше расчетного и содержание его в воде упадет ниже допустимого предела

4 мг/л. Совершенно ясно, что растворенный кислород в очищенных сточных водах оказывает значительное влияние на содержание растворенного кислорода в речной воде ниже точки сброса сточных вод, а в случае плохой реаэрации речной воды отсутствие растворенного кислорода в очищенных сточных водах может привести к появлению анаэробных условий ниже по течению реки. Таким образом, сброс сточных вод с высокой степенью очистки, определяемой по БПК, вполне может являться причиной значительного загрязнения, если в сточной воде отсутствует растворенный кислород. Но, с другой стороны, константа скорости растворения кислорода (и величина реаэрации) сильно зависит от гидрологических условий водоема, способствующих перемешиванию воды. Поэтому в некоторых случаях представляется целесообразным принять меры к искусственному повышению этой константы путем устройства на требуемом участке водоема перепадов или иных инженерных сооружений, способствующих лучшему перемешиванию и аэрированию воды.

При определении величины реаэрации водоемов вместо константы скорости растворения кислорода k2, исчисляемой на единицу объема, принимают коэффициент реаэрации А, исчисляемый на единицу площади поверхности, - обычно в граммах кислорода на 1 м площади поверхности водоема в сутки.

Коэффициент реаэрации сразу показывает содержание растворяющегося кислорода и поэтому может быть назван величиной реаэрации. Он зависит главным образом от дефицита кислорода в воде водоема, но так же, как и константа скорости растворения, зависит от температуры и

всех тех }Словии в во/юеме, которые влияют на перемешнвапне воды от глубиргы водоема, формы рсла, скорости течения, наличия ветра и пр.

По наблюдениям, проведенным на наших реках в разное время года, коэффициент реаэрации в зависимости от дефицита кислорода и температуры колеблется от 0,5 до 5 г на 1 площади поверхности водного зеркала в сутки.

Если количество растворенного кислорода в начальном и конечном пунктах остается одинаковым и, следовательно, все снижение БПК на рассматриваемом участке происходит за счет растворившегося кислорода, т. е. за счет реаэрации, то средняя величина коэффициента реаэрации А може! быть определена по формуле

A=QiLa-Lt)/F, (4.31]

где Q -расход воды, м/сутки;

La и Lt-ВПК в начальном и конечном пунктах, г/м;

F-площадь поверхности водного зеркала на всем протяжении участка от начального до конечного пункта, м.

На протяжении рассматриваемого участка этот коэффициент может меняться в зависимости, как указано выше, от дефицита кислорода и других причин.

По этой формуле можно определить требуемую площадь поверхности водного зеркала для полной ликвидации внесенных загрязнений, а зная ширину реки и скорость течения в ней, - расстояние и время ликвидации загрязнений. С другой стороны, задаваясь расстоянием, на котором должно закончиться самоочищение, а следовательно, назначая требуемую площадь поверхности водного зеркала, можно определить массу загрязнений, которая может быть внесена в водоем при данных местных условиях, и тем самым установить требуемую степень очистки.

Для решения уравнений кислородного баланса водоемов могут быть применены электронные вычислительные машины.

В водохранилищах циркуляция воды в верхних слоях поддерживается благодаря действию ветра, что приводит к полному насыщению воды кислородом. Это, в свою очередь, создает нормальные условия для развития планктона, служащего пищей для рыб. Однако ниже определенного уровня перемешивающее действие ветра перестает сказываться и плотность воды быстро повышается. Вода из придонных слоев выше этого уровня подняться не может, в ней происходит накопление остатков растительных и животных организмов, опускающихся из верхних слоев и разлагающихся с образованием сероводородных соединений Следствием этого являются обескислороживание воды и значительное ухудшение ее качества.

Одной из мер, позволяющих уменьшить дефицит кислорода в застойных зонах водохранилищ, является искусственная их аэрация. Ее применение стимулирует развитие планктона и увеличивает рыбные запасы водохранилищ.

Бактериальное загрязнение водоемов. Наличие бактериальных за-I рязнений в бытовых сточных водах может быть причиной инфекционных заболеваний, возбудители которых могут распространяться через воду (холера, тиф, бактериальная дизентерия и др.). По общим требованиям к составу воды водоемов у пунктов санитарно-бытового водопользования вода не должна содержать возбудителей заболеваний.

В качестве показателя самоочищения водоемов чрезвычайно важное значение имеет снижение числа бактерий. Закономерность процесса самоочищения от бактериальных загрязнений еще не установлена полностью. Нередко в водоеме ниже выпуска сточных вод бактериальное загрязнение сначала возрастает, а затем начинается отмирание бактерий в процессе самоочищения воды. При этом максимум бактериального за-