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).