Ćwiczenie nr 5 środa, 12.03.2008 r.

Temat: Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych

Sekcja 4

Skład sekcji:

1. APCZYŃSKI Piotr

2. GRABOWSKI Piotr

3. JAŁA Robert

4. MICHALSKI Andrzej

1. Cel ćwiczenia

Cel ćwiczenia obejmuje określenie klasy czystości wód cieku powierzchniowego poniżej punktu zrzutu ścieków. Posiadając odpowiednie dane o jakości wody rzecznej, należy obliczyć poziomy stężeń poszczególnych zanieczyszczeń, biorąc pod uwagę wpływ ścieków oraz dodatkowe dopływy wprowadzane do odbiornika. Następnie należy określić klasę czystości rzeki oraz określić cele, dla których można wykorzystać jej wody.

2. Metody badań

Do wykonania obliczeń użyto odpowiednie wzory zawarte w instrukcji do ćwiczenia, zestaw danych wyjściowych, a także poglądowy schemat fragmentu zlewni rzeki z zaznaczonymi przekrojami pomiarowymi oraz punktem zrzutu ścieków. Trzeba zwrócić uwagę na fakt, że ilość zanieczyszczeń mineralnych ( chlorki, siarczany itp.) nie zmienia się podczas przepływu wody, ponieważ przemiany fizykochemiczne są bardzo znikome na tak krótkich odcinku rzeki. Zmienia się jedynie ilość zanieczyszczeń organicznych, dlatego należy to uwzględnić w obliczeniach.

Na koniec stężenia zanieczyszczeń w ściekach zostały porównane z normami prawnymi i została ustalona klasa rzeki.

3. Dane wyjściowe

a) Rysunek poglądowy:

b) Karta pomiarowa:

Dane wyjściowe do ćwiczenia 05 (B/16/08)
Parametr	jednostka	wartość
Przekrój kontrolny A
Przepływ wody w rzece	m3/h	12220
stężenie zanieczyszczeń w rzece
BZT 5	gO2/m3	9,5
chlorki	g/m3	205
siarczany	g/m3	195
azot całkowity	gN/m3	6,8
fosfor ogólny	gP/m3	0,4
Przekrój kontrolny C
przepływ wody w dopływie bocznym	m3/h	3600
stężenie zanieczyszczeń w rzece
BZT 5	gO2/m3	10
chlorki	g/m3	130
siarczany	g/m3	120
azot całkowity	gN/m3	3
fosfor ogólny	gP/m3	0,9
Ścieki
ilość dopływających ścieków	m3/h	950
stężenie zanieczyszczeń w ściekach
BZT 5	gO2/m3	20
chlorki	g/m3	190
siarczany	g/m3	210
azot całkowity	gN/m3	16
fosfor ogólny	gP/m3	2,8
Dane dodatkowe
Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych	m3/km/h	10,5
Stężenie zanieczyszczeń w wodach gruntowych
BZT 5	gO2/m3	0,1
chlorki	g/m3	120
siarczany	g/m3	130
azot całkowity	gN/m3	0,3
fosfor ogólny	gP/m3	0,01
Długość odcinka L1	km	3,4
Długość odcinka L2	km	5,5
Długość odcinka L3	km	8,7
Długość odcinka L4	km	0,1
Średnia szybkość przepływu wody w rzece	m/s	0,2
Średnia szybkość przepływu wody w dopływie bocznym	m/s	0,9
Temperatura obliczeniowa	C	12,6
Stałą szybkości biodegradacji w temp. 20 C (k 20B)	1/d	0,8

c) Wartości graniczne wskaźników jakości wody w klasach jakości wód powierzchniowych:

Lp.	Wskaźnik jakości wody	Jednostka	Wartości graniczne w klasach I-V
						I	II	III	IV	V
1	BZT5	mg O2/l	2	3	6	12	>12
2	Azot ogólny	mg N/l	2,5	5	10	20	>20
3	Fosfor ogólny	mg P/l	0,2	0,4	0,7	1	>1,0
4	Siarczany	mg SO4/l	100	150	250	300	>300
5	Chlorki	mg Cl/l	100	200	300	400	>400

3. Obliczenia

a) Ładunki zanieczyszczeń w przekroju pomiarowym "A" i "C" obliczyliśmy ze wzoru:

Ł = C * Q [ g/m³ * m³/h = g/h],

Ł - Ładunek zanieczyszczeń [ g/h ]

C - Stężenie danego zanieczyszczenia [g/m³ ]

Q - Przepływ wody [m³/h ]

b) Ładunek BZT w dopływie bocznym w punkcie wlotu do głównego koryta po uwzględnieniu procesu biodegradacji, wyliczyliśmy na podstawie wzoru:

Ł_BZT = C^w_BZT*exp(-k_B*T_H)*Q

C^w_BZT - wartość wskaźnika BZT₅ w punkcie początkowym [ gO₂/m3 ]

Ł_BZT - ładunek BZT₅ w punkcie końcowym [gO₂/h ]

k_B - stała szybkości biodegradacji [ d^-1 ]

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

Q - przepływ wody w dopływie bocznym [ m3/h ]

- Stałą szybkości biodegradacji w temp. obliczeniowej (kB), otrzymaliśmy po obliczeniu na podstawie wzoru:

k_b - Stała szybkości biodegradacji w danej temperaturze:

k_b²⁰ - stała szybkości biodegradacji odniesiona do temperatury 20 °C [ d^-1 ]

- Czas przepływu wody na odcinku L4:

t = L/V , gdzie

t - Czas przepływu wody na odcinku L4

L - Długość odcinka L4

V - Średnia szybkość przepływu wody w dopływie bocznym

c) Ładunek BZT w rzece tuż przed punktem wlotu dopływu bocznego po uwzględnieniu procesu biodegradacji, obliczyliśmy korzystając z wzoru podanego w punkcie b

d) Wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki na odcinku L1:

- Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L1:

Q = L * q [m3/h]

Q - Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L1

L - Długość odcinka L1 [km]

q - Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych [m3/km/h]

- Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych (L1):

Ł = Q * C

Ł - Ładunek zanieczyszczeń

C - Stężenie danego zanieczyszczenia

Q - dopływ wód gruntowych

e) Sumaryczne ładunki i stężenia zanieczyszczeń tuż za punktem wlotu dopływu bocznego (przy założeniu całkowitego wymieszania wód rzeki i jej dopływu):

Sumaryczne ładunki zanieczyszczeń obliczyliśmy sumując poszczególne wartości ładunków zanieczyszczeń w przekroju A i C oraz w wodach gruntowych na odcinkach L1 i L4 ( w przypadku BTZ5 - suma zanieczyszczeń w wodach gruntowych, wartość wskaźnika w dopływie bocznym i w rzece na końcu badanych odcinków L1 i L4, z uwzględnieniem procesu biodegradacji).

Stężenia zanieczyszczeń w rzece obliczono po przekształceniu wzoru z punktu a

C = Ł / Q

Ł - Ładunek zanieczyszczeń

C - Stężenie danego zanieczyszczenia

Q - Przepływ całkowity

Przepływ całkowity (Q) obliczono sumując wartości przepływów w punktach kontrolnych A i C oraz na odcinkach L1 i L4 (dopływ wód gruntowych).

f) Ładunek BZT w rzece tuż przed punktem zrzutu ścieków po uwzględnieniu procesu biodegradacji, obliczamy ze wzoru podanego w punkcie b:

Ł_BZT = C^w_BZT*exp(-k_B*T_H)*Q

g) Wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki na odcinku od L1 do L2:

Q = (L2-L1) * q

L2 - Długość odcinka L2

L1 - Długość odcinka L1

q - Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych

Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych (L2 - L1):

Ł = Q * C

Ł - Ładunek zanieczyszczeń

C - Stężenie danego zanieczyszczenia

Q - dopływ wód gruntowych

h) Przepływ i ładunki zanieczyszczeń w przekroju zrzutu ścieków przy założeniu, że doprowadzane ścieki zostaną całkowicie wymieszane z wodą odbiornika w tym przekroju:

Przepływ całkowity w punkcie zrzutu ścieków obliczamy sumując ilość dopływających ścieków, przepływ całkowity tuż za punktem wlotu dopływu bocznego oraz ilość wód gruntowych na odcinku L2-L1.

Ładunki zanieczyszczeń obliczamy sumując sumaryczne ładunki zanieczyszczeń tuż za punktem wlotu, ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych L2-L1 oraz ładunki samych ścieków.

i) Wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki na odcinku od L2 do L3:

- Wielkość dopływu wód gruntowych:

Q = (L3-L2) * q

L3 - Długość odcinka L3

L2 - Długość odcinka L2

q - Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych

- Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych (L3 - L2):

Ł = Q * C

Ł - Ładunek zanieczyszczeń

C - Stężenie danego zanieczyszczenia

Q - dopływ wód gruntowych

j) Ładunek BZT w rzece w przekroju pomiarowym "B", po uwzględnieniu procesu biodegradacji:

Ł_BZT = C^w_BZT*exp(-k_B*T_H)*Q + Ł_gr

C^w_BZT - wartość wskaźnika BZT₅ w punkcie początkowym [ gO₂/m3 ]

Ł_BZT - ładunek BZT₅ w punkcie końcowym [gO₂/h ]

k_B - stała szybkości biodegradacji [ d^-1 ]

T_H - Czas przepływu na odcinki L3-L2

Q - przepływ całkowity w punkcie zrzutu ścieków

Ł_{gr -} Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych L3-L2

k) Ładunki zanieczyszczeń oraz stężenia poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń w prze-kroju pomiarowym "B":

Ładunki zanieczyszczeń obliczyliśmy dodając ładunki zanieczyszczeń w punkcie zrzutu ścieków

do ładunków zanieczyszczeń w wodach gruntowych L3-L2.

Stężenia poszczególnych wskaźników zanieczyszczeń:

C = Ł / Q

C - Stężenie danego zanieczyszczenia w punkcie B

Ł - Ładunek zanieczyszczeń w punkcie B

Q - Przepływ w punkcie B

4. Tabela wyników

Parametr	Jednostka	Wartość
Charakterystyka rzeki przekroju A
Ładunki zanieczyszczeń
- BZT5	kgO2/h	116,1
- chlorki	kg/h	2505
- siarczany	kg/h	2383
- azot całkowity	kgN/h	83,1
- fosfor ogólny	kgP/h	4,9
Charakterystyka rzeki przekroju C
Stała szybkości biodegradacji w temp. Obliczeniowej (kB)	1/d	0,5
Czas przepływu wody na odcinku L4	d	0,001
Ładunki zanieczyszczeń:
- BZT5	kgO2/h	36,0
- chlorki	kg/h	468
- siarczany	kg/h	432
- azot całkowity	kgN/h	10,8
- fosfor ogólny	kgP/h	3,2
BZT5 dopływu bocznego przed wlotem do głównej rzeki	kgO2/h	36,0
Charakterystyka rzeki po przyjęciu dopływu bocznego
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L1	m3/h	36
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych (L1)
- BZT5	kgO2/h	0,004
- chlorki	kg/h	4
- siarczany	kg/h	5
- azot całkowity	kgN/h	0,01
- fosfor ogólny	kgP/h	0,0004
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L4	m3/h	1
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych (L4)
- BZT5	kgO2/h	0,0001
- chlorki	kg/h	0
- siarczany	kg/h	0
- azot całkowity	kgN/h	0,0003
- fosfor ogólny	kgP/h	0,00001
Czas przepływu wody na odcinku L1	d	0,2
Ładunek BZT w rzece tuż przed punktem wlotu dopływu bocznego	kgO2/h	104,5
Sumaryczne ładunki i stężenia zanieczyszczeń tuż za punktem wlotu
Przepływ całkowity		15857
Ładunki zanieczyszczeń
- BZT5	kgO2/h	140,5
- chlorki	kg/h	2978
- siarczany	kg/h	2820
- azot całkowity	kgN/h	93,9
- fosfor ogólny	kgP/h	8,1
stężenie zanieczyszczeń w rzece
BZT 5	gO2/m3	8,9
chlorki	g/m3	188
siarczany	g/m3	178
azot całkowity	gN/m3	5,9
fosfor ogólny	gP/m3	0,5
Czas przepływu na odcinku L2-L1	d	0,1
BZT5 Przed zrzutem ścieków	kgO2/h	131,6
Wody gruntowe na odcinki L2-L1 - Ilość wód gruntowych	m3/h	22,1
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych L2-L1
- BZT5	kgO2/h	0,002
- chlorki	kg/h	3
- siarczany	kg/h	3
- azot całkowity	kgN/h	0,007
- fosfor ogólny	kgP/h	0,0002
Przepływ całkowity w punkcie zrzutu ścieków		16829
Punkt zrzutu ścieków
Ładunki Ścieków:
BZT 5	kgO2/h	19,0
chlorki	kg/h	181
siarczany	kg/h	200
azot całkowity	kgN/h	15,2
fosfor ogólny	kgP/h	2,7
Ładunki zanieczyszczeń w punkcie zrzutu ścieków
BZT5	kgO2/h	150,6
chlorki	kg/h	3161
siarczany	kg/h	3022
azot całkowity	kgN/h	109,1
fosfor ogólny	kgP/h	10,8
BZT5	gO2/m3	9,0
Wody gruntowe na odcinki L3-L2 - Ilość wód gruntowych	m3/h	33,6
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych L3-L2
- BZT5	kgO2/h	0,0
- chlorki	kg/h	4
- siarczany	kg/h	4
- azot całkowity	kgN/h	0,01
- fosfor ogólny	kgP/h	0,0003
Czas przepływu na odcinki L3-L2	d	0,2
BZT5 w punkcie "B"	kgO2/h	136,5
Przepływ w punkcie B		16862

Ładunki zanieczyszczeń w punkcie B
- BZT5	kgO2/h	136,5
- chlorki	kg/h	3165
- siarczany	kg/h	3026
- azot całkowity	kgN/h	109,1
- fosfor ogólny	kgP/h	10,8
Stężenie zanieczyszczeń w punkcie B
BZT 5	gO2/m3	8,1
chlorki	g/m3	188
siarczany	g/m3	179
azot całkowity	gN/m3	6,5
fosfor ogólny	gP/m3	0,6

5. Wnioski

Lp.	Wskaźnik jakości wody	Jednostka	Wartości graniczne w klasach I-V					Wyliczone wartości stężeń
						I	II		III	IV	V
1	BZT5	mg O2/l	2	3	6	12	>12	8,1
2	Azot ogólny	mg N/l	2,5	5	10	20	>20	6
3	Fosfor ogólny	mg P/l	0,2	0,4	0,7	1	>1,0	0,6
4	Siarczany	mg SO4/l	100	150	250	300	>300	179
5	Chlorki	mg Cl/l	100	200	300	400	>400	188

• Na postawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dn. 11.02.2004 w sprawie klasyfikacji dla prezentowania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód, a także przeprowadzonych obliczeń można stwierdzić że woda w przekroju pomiarowym „B” zaliczana jest do klasy IV. Woda ta jest niezadowalającej jakości.

• Może być ona przeznaczona do zaopatrzenia ludności i przeznaczona do spożycia, ale w tym celu wymaga wysoko sprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego, w tym utleniania, koagulacji, flokulacji, dekantacji, filtracji, adsorpcji na węglu aktywnym, dezynfekcji (ozonowania i chlorowania końcowego).

• Jakość wody w największym stopniu pogarsza BZT5. Po usunięciu części zanieczyszczeń organicznych z wody można by zaliczyć ją do klasy III.

• Wodę należy też częściowo oczyścić z fosforu, gdyż jego stężenie prawie osiąga górną granicę klasy III.

• Wśród zanieczyszczeń w najmniejszej ilości w stosunku do normy występują chlorki

---