1.5. Норма предельно допустимого состава сточных вод

В работе [13] отмечено, что годовые показатели сброса по массам веществ предназначены для обеспечения глобальных (статистических) потребностей, а для эффективного управления потоками веществ нужны часовые нормы.

Глобальные и управленческую потребности в информации о потоках веществ предлагается обеспечивать следующим приемом. Для управления потоками веществ в сточных водах вырабатывается норматив, выраженный в часовых потоках веществ. Этому же водопользователю для обеспечения статистики разрабатывается годовой норматив допустимого воздействия, выраженный в годовой массе вещества.
 
1.5.1. Часовая норма
 
Допустимый массоток не зависит от расхода воды в реке. Он зависит от нормы естественного фона и остатка расхода  струи сточных вод в момент пересечения контрольного створа.
Бассейновый расчёт предельно допустимого массотока (ПДМ).
При разработке ПДМ решается задача определения такого допустимого состава сточных вод, какой соответствует доступной части ассимилирующей способности.  Он не вызовет изменения плотностей потоков сверх соответствующих ПДК (ЦПК)  в определяющей струе на контрольном створе.
 При бассейновом расчёте каждому водопользователю выделяем одинаковый свободный ресурс, пропорциональный расходу сточных вод.

Для этого используем формулу (1.13) или (1.14).

где ΔП^p_j - допустимый свободный ресурс массотока jв струе, равный Q^ст R^p_j; П^e_j - естественный фоновый массоток в струе, равный Q^ст_jC^е_j.

При выводе формулы (1.14) учли, что расход воды в определяющей струе один и тот же: Q^см = Q^ст= Q^e. Формулу (1.14) получили, разделив на этот расход каждый элемент формулы (1.13).
 Арифметические сложение и вычитание массотоков соответствует физическим процессам их объединения и разъединения, тогда как сложение концентраций верно только в случае, когда они представляют равные расходы воды.

Окончательное значение ПДМ принимается по условию
 

где П^исх_j - заданный (фактический) массоток j. Нарушение условия (1.15) приведёт к провоцированию роста массотока в сточных водах и ухудшению водохозяйственной обстановки для водопотребителей, расположенных ниже по течению.
 
1.5.2 Локальный расчёт ПДМ
При локальном расчёте  часовой предельно допустимой нормы П^пд_j недоступен коэффициент Ω, а фоновое значение концентрации C^p_j принимается на основе наблюдений. Поэтому:

где П^ст_j - искомая ПДМ, г/ч; μ - расчётная доля остатка внедренного водотока в определяющей струе (контрольный створ); П^пд_j - предельный массоток в струе, г/ч; П^р_j  - фоновый массоток в струе, г/ч; С^пд_j - бассейновая ПДК, г/м³; C^p_j - фоновая концентрация вещества j, г/м³; Qст - максимальный расход воды во внедряемом водотоке, м³/ч.
Окончательное значение ПДМ принимается по условию (1.15).

Временно разрешаемый массоток.
При наличии ЦПК расчёт временно разрешённого массотока (ВРМ) осуществляется по изменённому свободному ресурсу. Для этого достаточно в формуле расчёта ПДМ заменить ПДК на ЦПК.
В часовую предельно допустимую и  временную нормы включён массоток, содержащийся в воде, забранной  в систему водоснабжения из реки или других источников. Нормы разрабатывают для всех видов сточных вод без исключения.

Практика расчёта бассейновых норм
В табл. 1.4 приведены результаты расчётов часовых норм по водопользователям, территориям и бассейну реки на каждом этапе и в пределе.
Такие нормы решают следующие задачи.

1. Исполнимость требований ПДМ и ВРМ. Концентрации веществ в сточных водах задаются в технически достижимых пределах.

2. Полученный норматив связан с хозяйствующими субъектами.  Норматив выделен каждому пользователю, субъекту федерации или иной территории. Его можно суммировать в пределах бассейна (участка бассейна) реки. Нормирование водопользования будет эффективным после перевода системы управления на основу  принципов струйного метода [13].

3. Водохозяйственный и материальный (массотоковый) балансы необходимо включать в  Схему комплексного использования и охраны водного объекта (СКИОВО) как обязательную часть документа. Результаты нормирования следует использовать для постановки задач перед наукой и в планировании.

Плата за использованный ресурс
В связи с конкретизацией сущности свободного ресурса представляется необходимым изменить принципы экономического природопользования. Так как свободный ресурс есть результат административного вмешательства в природный процесс, то величина платежа определяется не требуемыми затратами на восстановление естественного качества воды, а глубиной вмешательства в природный процесс. Для разработки её могут быть использованы следующие принципы:

- устанавливается единый норматив платежа за долю ресурса;

- выбирается наибольший результат сравнения существующего массотока с ПДМ;

-  не  взимается плата за использование ресурса в пределах ПДМ;

-  не учитываются временные (этапные) нормы.     
  
Эти условия обеспечиваются следующей формулой:

где Пл_z - платёж за ресурс на z веществ, руб.; z - количество веществ; p - норматив платежа единый для любого ингредиента, руб. за долю ресурса;t - интервал времени за период оплаты, ч; K_j- коэффициент использования ресурса равный

где z - количество нормированных веществ. Норму временно допустимого сброса не следует включать в расчёт платежа, так как это не будет стимулировать исполнение водоохранных мероприятий, а ПДМ перестанет работать, как это произошло с ПДС в недавнем прошлом (1985---1995 гг.).
В табл. 1.4 показаны значения коэффициента по этапам для расчётов по всему бассейну. Для отдельных потребителей коэффициенты будут иметь иные значения.
 
1.5.3. Годовая предельная норма сброса массы вещества
 
Предлагаем годовую массу вещества, отражающую локальную часть дополнительной нагрузки на бассейн реки при расходе Q^ст, выраженном в м³/ч, вычислять с учетом неравномерности сброса сточных вод:

 
где      Mⁿ_j - годовая норма предельно допустимой массы вещества, т;   C^e_j --- норма естественного фона, г/м³; Пⁿ_j - часовая предельно допустимая норма, г/ч; T - число дней работы выпуска в году; t - количество часов работы выпуска в сутки; K_чн - коэффициент часовой неравномерности. Остальные величины обозначены выше. Годовой норматив допустимой массы не включает массоток на уровне естественного фона, содержащийся в воде, забранной  из природных источников.
Нормы следует устанавливать для всех видов сточных вод без исключения.
 
1.5.4. Пересчёт нормы ПДМ

В период применения ПДС водопользователь стремился повысить норму, для чего пересчитывал её при каждом возникновении потребности в уменьшении платежа за сброс веществ в реку. Повышение нормы при пересчёте получалось за счёт увеличения расхода воды, изменения фоновой концентрации (сверх ПДК или ниже ПДК) и увеличения средней глубины реки.
Статистически обоснованный и утверждённый фон не подлежит изменению. Попытка снижения фона с целью повышения уровня использования свободного ресурса приведёт к снижению ПДМ по экспоненте, что также не будет приветствоваться водопользователем.

Увеличение глубины реки будет бесполезным, так как норма зависит только от характеристик струи внедрения.

Водопользователь будет стремиться увеличить расход воды, что при неизменном расходе массы вещества даст пропорционально более высокую норму ПДМ. Он может уменьшить линию контакта, изменив конструкцию сооружения для внедрения струи, но это можно отнести к водоохранным мероприятиям.   

Государству следует наложить запрет на пересмотр нормы предельно допустимой нагрузки на реку в период действия этапа, установленного при разработке схемы комплексного использования водного объекта.

1.5.5. Изменение свойств воды в реке

В настоящее время нет технических средств, применение которых было бы экономически оправдано для обеспечения  рыбохозяйственных требований. Новейшие технологии обеспечивают очистку только до уровня C_t> C_пд, который позволит получить концентрацию вещества в речной воде до C^цп. Этой концентрации присвоено название целевой показатель качества (ЦПК). Для достижения такого уровня потребуется несколько лет. Затем должны вступить в действие временные нормы, рассчитанные по очередному временному ресурсу, характеризуемому показателем ресурса:

Ожидаемый результат применения последовательного ряда убывающих ЦПК по биохимическому потреблению кислорода для р. Качи (Ω = 0,94) показан на рис. 1.11. Ни в одном створе реки не ожидаем превышения ЦПК более чем на 5 \%. При исполнении предельной нормы сброса ни в одном створе не будет превышения ПДК.
 

Рис. 1.11. Прогноз плотности потребления кислорода (мг/л) в бассейне р. Качи по этапам приближения к ПДМ

Главный же вывод состоит в том, что не удастся достичь естественного состояния воды в реке, так как при расчёте предельно допустимого массотока верхней границей ставится ПДК, которая выше естественного фона. Даже полное прекращение сбросов веществ со сточными водами не восстановит природные свойства воды в реке, так как останутся другие воздействия через поверхность водосбора и атмосферу.  

Необходим поиск и внедрение новых энергий, технологий и норм поведения людей в быту и на производстве, не вызывающих ухудшения качества воды в реках.