Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 5

"Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest określenie klasy czystości wód cieku powierzchniowego poniżej punktu
zrzutu ścieków. Dysponując informacjami o jakości wody rzecznej w ustalonym punkcie po-
miarowym należy oszacować poziomy stężeń wybranych zanieczyszczeń w zadanej odle-
głości od punktu pomiarowego, uwzględniając wpływ ścieków oraz dodatkowych dopływów
wprowadzanych do odbiornika. Na podstawie uzyskanych wyników należy określić klasę czy-
stości rzeki oraz ustalić cele, dla których można wykorzystać jej wody.

Metodyka obliczeń

Ogólny ładunek analizowanego składnika, przepływającego przez badany odcinek rzeki, sta-
nowi sumę ładunków zawartych: w płynącej wodzie rzecznej głównym korytem (na początku
badanego odcinka), w naturalnych dopływach bocznych, dopływających z wodami podziem-
nymi oraz zawartych w dopływających ściekach. Ładunek ten można obliczyć jako:

s

s

g

g

n

n

r

r

C

C

q

C

q

L

C

Q

C

Q

Ł

⋅

+

⋅

⋅

+

⋅

+

⋅

=

gdzie:

Ł

C

- całkowity ładunek analizowanego składnika na końcu badanego odcinka rzeki [g/h],

Q

r

- natężenie przepływu wody w rzece na początku badanego odcinka [m

3

/h],

C

r

- stężenie analizowanego składnika w wodzie rzecznej na początku badanego odcinka

[g/m

3

],

Q

n

- natężenie dopływu wody w dopływie bocznym [m

3

/h],

C

n

- stężenie analizowanego składnika w wodzie dopływu bocznego [g/m

3

],

L

- długość badanego odcinka rzeki [km],

q

g

- jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych do koryta rzeki [m

3

/km/h],

C

g

- stężenie analizowanego składnika w wodach gruntowych [g/m

3

].

q

s

- natężenie dopływu ścieków [m

3

/h],

C

s

- stężenie analizowanego składnika w ściekach [g/m

3

].

Powyższy bilans dotyczy głównie składników mineralnych, które w niewielkim stopniu ulegają
przemianom fizykochemicznym i biologicznym w środowisku wodnym. W przypadku związ-
ków organicznych (reprezentowanych przez wskaźnik BZT) należy uwzględnić ich rozkład
biologiczny (pominąć biologiczny rozkład związków organicznych w wodach gruntowych).
Szybkość procesu biodegradacji zanieczyszczeń organicznych jest najczęściej zbliżona do
reakcji pierwszego rzędu. Zakładając idealny przepływ tłokowy (pełne wymieszanie w prze-
kroju poprzecznym koryta rzeki i brak mieszania osiowego), wielkość wskaźnika BZT w rze-
ce, w odniesieniu do punktu początkowego można obliczyć z następującego równania:

)

exp(

H

B

w

BZT

BZT

T

k

C

C

⋅

−

⋅

=

gdzie:

C

w

BZT

- wartość wskaźnika BZT w punkcie początkowym [gO

2

/m

3

],

Ćwiczenie 5 - "Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"

2

C

BZT

- wartość wskaźnika BZT w punkcie końcowym [gO

2

/m

3

],

k

B

- stała szybkości biodegradacji [d

-1

],

T

H

- hydrauliczny czas przepływu od punktu początkowego do punktu końcowego [d].

Wpływ temperatury na wartość współczynnika stałej szybkości biodegradacji związków or-
ganicznych opisana jest równaniem:

)

20

(

20

056

.

1

−

⋅

=

t

B

B

k

k

gdzie:

k

20

B

- stała szybkości biodegradacji odniesiona do temperatury 20 ºC [d

-1

].

Sposób wykonania ćwiczenia

Korzystając ze schematu poglądowego fragmentu zlewni rzeki, z zaznaczonymi przekrojami
kontrolnymi i punktem zrzutu ścieków (rysunek 1) oraz danych wyjściowych przekazanych
przez prowadzącego ćwiczenia (tabela 1), należy kolejno obliczyć:

• ładunki zanieczyszczeń w przekroju pomiarowym "A" i "C",

• ładunek BZT w dopływie bocznym w punkcie wlotu do głównego koryta po uwzględnieniu

procesu biodegradacji,

• ładunek BZT w rzece tuż przed punktem wlotu dopływu bocznego po uwzględnieniu pro-

cesu biodegradacji,

• wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki

na odcinku L

1

,

• sumaryczne ładunki i stężenia zanieczyszczeń tuż za punktem wlotu dopływu bocznego

(przy założeniu całkowitego wymieszania wód rzeki i jej dopływu),

• ładunek BZT w rzece tuż przed punktem zrzutu ścieków po uwzględnieniu procesu biode-

gradacji,

• wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki

na odcinku od L

1

do L

2

,

• przepływ i ładunki zanieczyszczeń w przekroju zrzutu ścieków przy założeniu, że dopro-

wadzane ścieki zostaną całkowicie wymieszane z wodą odbiornika w tym przekroju,

• wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki

na odcinku od L

2

do L

3

,

A

B

Dopływ

naturalny

Punkt zrzutu

ścieków

Przekrój

pomiarowy

Przekrój

pomiarowy

L

1

L

2

L

3

C

Przekrój

pomiarowy

L

4

Rys. 1. Poglądowy schemat fragmentu zlewni rzeki.

Ćwiczenie 5 - "Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"

3

• ładunek BZT w rzece w przekroju pomiarowym "B", po uwzględnieniu procesu biodegra-

dacji,

• ładunki zanieczyszczeń oraz stężenia poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń w prze-

kroju pomiarowym "B".

Tabela 1. Dane wyjściowe do obliczeń.

Parametr

Jedn.

Wartość

Przekrój kontrolny "A"

Przepływ wody w rzece

m

3

/h

Stężenie zanieczyszczeń w rzece:

- BZT

5

gO

2

/m

3

- chlorki

g/m

3

- siarczany

g/m

3

- azot całkowity gN/m

3

- fosfor ogólny

gP/m

3

Przekrój kontrolny "C"

Przepływ wody w dopływie bocznym

m

3

/h

Stężenie zanieczyszczeń w rzece:

- BZT

5

gO

2

/m

3

- chlorki

g/m

3

- siarczany

g/m

3

- azot całkowity gN/m

3

- fosfor ogólny

gP/m

3

Ścieki

Ilość dopływających ścieków m

3

/h

Stężenie zanieczyszczeń w ściekach:

- BZT

5

gO

2

/m

3

- chlorki

g/m

3

- siarczany

g/m

3

- azot całkowity gN/m

3

- fosfor ogólny

gP/m

3

Dane dodatkowe

Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych

m

3

/km/h

Stężenie zanieczyszczeń w wodach gruntowych:

- BZT

5

gO

2

/m

3

- chlorki

g/m

3

- siarczany

g/m

3

- azot całkowity gN/m

3

- fosfor ogólny

gP/m

3

Długość odcinka L1

km

Długość odcinka L2

km

Długość odcinka L3

km

Długość odcinka L4

km

Średnia szybkość przepływu wody w rzece

m/s

Średnia szybkość przepływu wody w dopływie bocznym

m/s

Temperatura obliczeniowa

ºC

Stała szybkości biodegradacji w temp. 20 ºC (k

20

B) 1/d

Ćwiczenie 5 - "Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"

4

Sposób prezentacji wyników

Wyniki obliczeń zestawić w tabeli nr 2 (wzór) i na ich podstawie ustalić między innymi:

• do jakiej klasy czystości należy wody odbiornika w przekroju pomiarowym "B",
• do jakich celów może być wykorzystana woda pobierana w przekroju pomiarowym "B",

• który rodzaj analizowanych zanieczyszczeń pogarsza w największym stopniu jakość wód

rzeki w przekroju pomiarowym "B".

• jakie rodzaje zanieczyszczeń i w jakim stopniu proponuje się usunąć z doprowadzanych

ścieków.

Tabela 2. Zestawienie wyników obliczeń (przykład)

Parametr

Jedn.

Wartość

Charakterystyka rzeki w przekroju "A"

Ładunki zanieczyszczeń:

- BZT

5

kgO

2

/h

- chlorki

kg/h

- siarczany

kg/h

- azot całkowity kgN/h

- fosfor ogólny

kgP/h

Charakterystyka dopływu bocznego w punkcie wlotu

Stała szybkości biodegradacji w temp. obliczeniowej (kB)

1/d

Czas przepływu wody na odcinku L4

d

BZT w punkcie wlotu

gO

2

/m

3

Ładunki zanieczyszczeń:

- BZT

5

kgO

2

/h

- chlorki

kg/h

- siarczany

kg/h

- azot całkowity kgN/h

- fosfor ogólny

kgP/h

Charakterystyka rzeki po przyjęciu dopływu bocznego

Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L1

m

3

/h

Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych (L1):

- BZT

5

kgO

2

/h

………………………………. ……….

………………………………. ……….

………………………………. ……….

Literatura do ćwiczenia

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

Warszawa 2002.

• 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).

• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dn. 24.07.2006 w sprawie warunków, jakie należy

spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji
szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. 2006, Nr 137, poz. 984).