background image

 

Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 6 

 

"Analiza warunków tlenowych  

w wodach płynących" 

 
 
 
 

Cel ćwiczenia 

 
Celem ćwiczenia jest określenie przebiegu linii tlenowej w rzece poniżej punktu zrzutu ście-
ków w warunkach letnich i zimowych. Uzyskane wyniki należy wykorzystać do określenia po-
łożenia punktu krytycznego (odległość maksymalnego obniżenia stężenia tlenu w odbiorniku 
od punktu zrzutu ścieków) oraz ustalenia wymaganego stopnia oczyszczania ścieków. 
 
 

Metodyka obliczeń 

 
Do określenia przebiegu linii tlenowej w rzece należy wykorzystać model Streetera–Phelpsa, 
który zakłada, że warunki tlenowe panujące w wodzie rzecznej są uzależnione od szybkości: 

•  poboru tlenu w procesie biodegradacji zanieczyszczeń organicznych, 

•  poboru tlenu w procesie mineralizacji organicznych frakcji w osadach dennych, 

•  rozpuszczania tlenu w wyniku naturalnego procesu natleniania wody, 

•  wprowadzania tlenu do wody w wyniku procesu fotosyntezy. 

 
Użyteczne równanie modelu określające zależność pomiędzy deficytem tlenowym w danym 
przekroju rzeki, a przedstawionymi wyżej procesami, ma postać: 
 
 

(

)

(

)

[

]

+

=

H

R

H

B

B

R

w

BZT

B

O

T

k

T

k

k

k

C

k

D

exp

exp

(

)

(

)

[

]

H

R

R

Ben

s

Fot

H

R

w

O

T

k

k

r

r

r

T

k

D

+

exp

1

exp

Re

 
 
 
 
gdzie: 

D

O

     -  deficyt tlenu w rzece w punkcie obliczeniowym [gO

2

/m

3

],  

k

B

 

     -  stała szybkości biodegradacji w temperaturze obliczeniowej [d

-1

],  

C

w

BZT

 

  -  wielkość BZT wody w punkcie zrzutu ścieków (przy założeniu pełnego  

    

 

 

wymieszania 

ścieków z wodami odbiornika) [gO

2

/m

3

],  

k

R

      -  stała szybkości reaeracji w temperaturze obliczeniowej [d

-1

],  

T

H

     -  hydrauliczny czas przepływu wody od punktu początkowego do punktu 

         obliczeniowego [d], 
D

w

O

     -  deficyt tlenu w rzece w punkcie zrzutu ścieków [gO

2

/m

3

],  

r

Fot

    -  objętościowa szybkość procesu fotosyntezy w temperaturze obliczeniowej 

    

 

 

[gO

2

/(m

2

·d)].  

r

Res

     -  objętościowa szybkość poboru tlenu przez autotrofy w temperaturze  

         obliczeniowej [gO

2

/(m

3

·d)],  

r

Ben

     -  objętościowa szybkość poboru tlenu przez bentos w temperaturze obliczeniowej 

    

 

 

[gO

2

/(m

3

·d)],  

 
 
 

background image

Ćwiczenie 6 - "Analiza warunków tlenowych w wodach płynących" 

2

Deficyt tlenu określany jest jako: 
 

)

(

O

s

O

O

C

C

D

=

gdzie: 

C

s

O

 

-  stężenie tlenu w wodzie w punkcie obliczeniowym w stanie nasycenia dla  

        temperatury obliczeniowej [gO

2

/m

3

], 

C

O

 

  -  stężenie tlenu w wodzie w punkcie obliczeniowym [gO

2

/m

3

]. 

 
Wpływ temperatury na wartość współczynnika 

k

B

 można oszacować przy pomocy następują-

cego równania empirycznego: 

B

 

)

20

(

20

056

.

1

=

t

B

B

k

k

 
gdzie: 

k

20

B

 

  -  stała szybkości biodegradacji w temperaturze 20ºC [d

-1

],  

t

    

-   

temperatura obliczeniowa [ºC]. 

 
W punkcie całkowitego wymieszania, wartość wskaźnika BZT w mieszaninie (

C

w

BZT

) należy 

obliczyć z równania: 
 

s

r

s

s

r

r

w

BZT

q

Q

C

q

C

Q

C

+

+

=

 
gdzie: 

Q

r

 

  -  natężenie przepływu wody w rzece [m

3

/h], 

C

r

 

  -  wielkość BZT w wodzie rzecznej powyżej punktu zrzutu zanieczyszczeń [gO

2

/m

3

], 

q

s

    -  natężenie dopływu źródła zanieczyszczeń (ścieki) [m

3

/h],  

C

s

 

  -  wielkość BZT w ściekach [gO

2

/m

3

]. 

 
Wartość stałej szybkości reaeracji można oszacować przy pomocy następującej zależności 
empirycznej: 

(

)

)

20

(

5

.

1

5

.

0

20

024

.

1

294

=

t

p

m

R

H

V

D

k

 
 
gdzie: 

D

20

m

  -  współczynnik dyfuzji molekularnej tlenu w wodzie dla temperatury 20ºC [m

2

/d],  

V

p

   -  średnia prędkość przepływu rzeki [m/s],  

H

   

-  

średnia głębokość rzeki [m]. 

 
Objętościowa szybkość generowania tlenu przez glony w procesie fotosyntezy może być 
opisana następującą zależnością empiryczną: 
 

)

20

(

20

032

.

1

=

t

Fot

Fot

H

r

r

 

gdzie: 

r

20

Fot

  -  właściwa szybkość procesu fotosyntezy w temperaturze 20 ºC [gO

2

/(m

2

·d)].  

 
Objętościowa szybkość poboru tlenu przez glony w procesach oddychania 

r

Res

, uzależniona 

od temperatury wody, może być obliczona z równania: 
 

)

20

(

20

Re

Re

024

.

1

=

t

s

s

H

r

r

 

gdzie: 

r

20

Res

  -  właściwa szybkość oddychania glonów odniesiona do powierzchni dna rzeki  

       w temperaturze 20 ºC [gO

2

/(m

2

·d)].  

 

background image

Ćwiczenie 6 - "Analiza warunków tlenowych w wodach płynących" 

3

Objętościowa szybkość poboru tlenu przez osady denne jest uzależniona od aktywności 
bentosu, głębokości rzeki i temperatury wody. Wielkość ta może być obliczona z równania: 
 
 

)

20

(

20

065

.

1

=

t

Ben

Ben

H

r

r

gdzie: 

r

20

Ben

  -  właściwa szybkość poboru tlenu przez bentos odniesiona do powierzchni dna rzeki  

       w temperaturze 20 ºC [gO

2

/(m

2

·d)].  

 
 
 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 
Wykorzystując dane wyjściowe, przekazane przez prowadzącego ćwiczenia (tabela 1), nale-
ży obliczyć wartości stężenia tlenu w rzece poniżej punktu zrzutu ścieków dla warunków zi-
mowych i letnich. Obliczenia wykonać dla 20 punktów rozmieszczonych równo na odcinku L 
(odległość od punktu zrzutu ścieków do końcowego punktu pomiarowego określona w da-
nych wyjściowych). 

 

Tabela 1. Dane wyjściowe do obliczeń. 

Parametr 

Jedn. 

Wartość 

Temperatura obliczeniowa - zima (

t

ºC 

Temperatura obliczeniowa - lato (

t

ºC 

Przepływ wody w odbiorniku (

Q

r

m

3

/h 

Dopływ ścieków (

q

s

m

3

/h 

Wartość BZT w rzece powyżej zrzutu ścieków (

C

r

 gO

2

/m

3

Wartość BZT ścieków (

C

s

 gO

2

/m

3

Współ. dyfuzji molekularnej tlenu w wodzie dla 20 ºC (

D

20

m

m

2

/d 

Średnia szybkość przepływu wody w rzece (

V

p

m/s 

Średnia głębokość rzeki (

H

Odległość od punktu zrzutu ścieków do punktu końcowego (

L

Stężenie tlenu w stanie nasycenia - zima (

C

s

O

 gO

2

/m

3

Stężenie tlenu w stanie nasycenia - lato (

C

s

O

 gO

2

/m

3

Stężenie tlenu w rzece w punkcie zrzutu ścieków (

C

O

 gO

2

/m

3

Stała szybkości biodegradacji dla temp. 20 ºC (

k

20

B

B

1/d 

Wł. szybkość fotosyntezy w temp 20 ºC (

r

20

Fot

 gO

2

/m

2

·d 

Wł. szybkość oddychania glonów w temp. 20 ºC (

r

20

Res

 gO

2

/m

2

·d 

Wł. szybkość poboru tlenu przez bentos w temp 20 ºC (

r

20

Ben

 gO

2

/m

2

·d 

 
 
 

Sposób prezentacji wyników 

 
Wyniki obliczeń zestawić w tabeli nr 2 (wzór) i przedstawić graficznie na rys. 1 (wzór). Na pod-
stawie wyników ustalić: 

•  w jakiej odległości od punktu zrzutu ścieków nastąpi maksymalne obniżenie stężenia tlenu 

w odbiorniku latem i zimą, 

•  do jakiej klasy będzie zaliczany odbiornik w punkcie krytycznym ze względu na warunki 

tlenowe, 

background image

Ćwiczenie 6 - "Analiza warunków tlenowych w wodach płynących" 

4

•  który z procesów "tlenowych" (biodegradacja, fotosynteza i naturalne natlenianie) ma naj-

większy wpływ na warunki tlenowe w odbiorniku latem i zimą, 

•  czy potrzebne są działania poprawiające warunki tlenowe w odbiorniku (np. sztuczne na-

tlenianie rzeki, zwiększenie stopnia oczyszczania wprowadzanych ścieków itp.).  

 
 

Tabela 2. Zestawienie wyników obliczeń 

Lato (t= … ºC) 

Zima (t= … ºC) 

Lp. 

Odległość od 

punktu zrzutu 

Deficyt  

tlenu 

Stężenie 

 tlenu 

Deficyt  

tlenu 

Stężenie 

 tlenu 

    

1/19 

· 

    

2/19 

· 

    

3/19 

· 

    

4/19 

· 

    

… 

… 

    

… 

… 

    

17 

16/19 

· 

    

18 

17/19 

· 

    

19 

18/19 

· 

    

20 

    

 
 
 

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

odległość; m

st

ęż

en

ie t

len

u;

 g

O

2

/m

3

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 1.  Przykładowa zależność pomiędzy odległością od punktu zrzutu ścieków, 

a stężeniem tlenu w odbiorniku latem i zimą. 

 
 

Literatura do ćwiczenia 

 

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dn. 11.02.2004 w sprawie klasyfikacji dla prezen-

towania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu 
oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód (Dz. U. Nr 32, poz. 284). 

•  Adamski W.: "Modelowanie systemów oczyszczania wód", Wydawnictwo Naukowe PWN, 

Warszawa 2002.