Technologia wody i ścieków

Ćwiczenia

Inżynieria Środowiska

GWŚ

1. Obliczanie przepływu w kanale deszczowym, Q_s

Założenia do ćwiczenia:

• Powierzchnia odwadnianego obszaru – 20 ha

• Średni współczynnik spływu ψ = 0,55

• Długość kanału 1200 m

• Prawdopodobieństwo wystąpienia deszczu p% = 100, p = 100 : C

• Spadek podłużny 1,5 %

• Prędkość przepływu 3 m/s

• BZT₅ ścieków deszczowych, C_s = 150 mgO₂ / dm³ (g/m³)

Dane:

• L = 1200 m

• v = 3 m/s

• p = 20 ha

• P_% = 100

Czas przepływu wody w kanałach:

$$\mathbf{tp =}\frac{\mathbf{L}}{\mathbf{v}}\mathbf{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \lbrack min\rbrack}$$

$$tp = \frac{1200m}{3m/s} = 400\ s = \ 6,67\ \ \lbrack min\rbrack$$

Czas trwania deszczu:

t =  1, 2•t_p+t_k

t_p - czas przepływu wody w kanale

t_k – czas koncentracji terenowej, odczytane z tabeli dla terenu płaskiego , t_k = 10 min

t =  1, 2 • 6, 67 min + 10 min = 18, 004 [min]

$$C = \frac{100}{P_{\%}}\ = \ \frac{100}{100} = 1$$

Natężenie deszczu:

$$\mathbf{q = \ }\frac{\mathbf{470}\sqrt[\mathbf{3}]{\mathbf{C}}}{\mathbf{t}^{\mathbf{0.667}}}$$

$$q = \ \frac{470\sqrt[3]{1}}{{18,004}^{0.667}} = \ \frac{470}{8,17} = 68,31$$

Przepływ w kanale deszczowym:

$$\mathbf{Q}_{\mathbf{s}}\mathbf{= \ \psi\ \bullet q\ \bullet F\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \lbrack}\frac{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$$

$$Q_{s} = \ 0,55\ \bullet 68,31\ \bullet 20,0 = 751,41\ \left\lbrack \frac{\text{dm}^{3\ \ \ }}{s} \right\rbrack = 0,7514\ \ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$$

1. Obliczanie średnicy kanału i napełnienia

Założenia:

• Q_s = 0,7514 m³/s

• I = 1,5% = 15%_o

_Z monogramu odczytujemy średnicę oraz prędkość

• d = 0,7 m

• v = 2,6 m/s

Obliczenia:

Obliczanie przepływu w kanale deszczowym (Q_s) z danymi z nomogramu:

Czas przepływu wody w kanałach:

$$\mathbf{tp =}\frac{\mathbf{L}}{\mathbf{v}}\mathbf{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \lbrack min\rbrack}$$

$$tp = \frac{1200m}{2,6m/s} = 461,54\ s = 7,69\ \ \lbrack min\rbrack$$

Cza trwania deszczu:

t =  1, 2 • 7, 69min + 10min = 19, 23 [min]

Natężenie deszczu:

$$q = \ \frac{470\sqrt[3]{1}}{{19,23}^{0.667}} = \ 65,46$$

Przepływ w kanale deszczowym:

$Q_{s} = \ 0,55\ \bullet 65,46\ \bullet 20,0 = 720,06\ \left\lbrack \frac{\text{dm}^{3\ \ \ }}{s} \right\rbrack = 0,72\ \ \lbrack\frac{m^{3}}{s}\rbrack$

Obliczanie napełnienia i średnicy kanału:

Obliczenie Q_max jaki przepływa kanałem Ø 0,7 m:

Odczytujemy z monogramu :

• d = 0,7 m

• v = 2,5 m/s

• Q_max = 0,9 m³

$$\mathbf{B = \ }\frac{\mathbf{Q}_{\mathbf{s}}^{\mathbf{;}}}{\mathbf{Q}_{\max}}\mathbf{\ \bullet 100\ \%}$$

$$B = \ \frac{0,72}{0,9}\ \bullet 100\ \% = 80\ \%$$

Odczytujemy z wykresu stosunek h/d = 68 %

$$h = \ \frac{68}{100}\ \bullet 1 = \ 0,68\ m$$

1. Określenie niezbędnego stopnia oczyszczania ścieków odprowadzanych do wód płynących

Założenia:

• Dane z ćwiczenia 1

• Przepływ Q_SN = 1,0 m³/s

• BZT₅ rzeki = 2,8 mgO₂/dm³

• Dopuszczalne BZT₅ rzeki = 4,0 mgO₂/dm³

Dane:

• Q_SNrzeki = 1,0 m³/s

• Q_ŚC = 0,72 m³/s

• BZT_{5 dop} = 2,8 mgO₂/dm³

• BZT_5rzeki = 4,0 mgO₂/dm³

$$\mathbf{\text{BZT}}_{\mathbf{5}\mathbf{\text{odp}}}\mathbf{= \ }\frac{\left( \mathbf{Q}_{\mathbf{\text{SCrzek\ }}}\mathbf{+ \ }\mathbf{Q}_{\mathbf{\text{SC}}}^{\mathbf{'}} \right)\mathbf{\bullet}\mathbf{\text{BZT}}_{\mathbf{5}\mathbf{\text{dop}}}\mathbf{- \ }\mathbf{Q}_{\mathbf{\text{SNrzek}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{\text{BZT}}_{\mathbf{5}\mathbf{\text{rzek}}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{SC}}}$$

$$\text{BZT}_{5odp} = \ \frac{\left( 1,0 + \ 0,72 \right) \bullet 4,0 - \ 1 \bullet 2,8}{0,72} = 5,67\ \ \ \lbrack\frac{gO_{2}}{m^{3}}\rbrack$$

Stopień oczyszczania:

$$\mathbf{\eta = \ }\frac{\mathbf{\text{BZT}}_{\mathbf{5Sc\ }}\mathbf{-}\mathbf{\text{BZT}}_{\mathbf{5}\mathbf{\text{odp}}}}{\mathbf{\text{BZT}}_{\mathbf{Sc}}}\mathbf{\ \bullet 100\%}$$

$$\eta = \ \frac{150 - 5,67}{150}\ \bullet 100\% = 96,22\ \%$$

1. Prognoza wpływu wprowadzonego ładunku ścieków w przekroju początkowym na zmianę ładunku dopływającego do odcinka końcowego, schemat.

Wariant 4.1.

W przypadku odprowadzenia do odbiornika ścieków nie oczyszczonych

Dane:

Q_s = 0,72 m³/s

C_s = 150 mg O₂/ dm³

Q₁ = 1,0 m³/s

C₁ = 2,8 mg O₂/ dm³

Q^’₁ = 1,2 m³/s

C^’₁ = 3,0 mg O₂/ dm³

Q₂ = 1,4 m³/s

Q^’₂ = 1,6 m³/s

C₂ = 3,2 mg O₂/ dm³

C^’₂ = 3,4 mg O₂/ dm³

X₁ = 0,85

X₂ = 50 g/s

1. Wyznaczamy rzeczywisty ładunek zanieczyszczeń na początku i końcu odcinka

L₁= Q₁• C₁   g/m³ L₂= Q₂• C₂   g/m³

L₁ =  1, 0 •  2, 8 = 12, 0   g/m³ L₂ =  1, 4 •  3, 2 = 4, 48   g/m³

L₁^′= Q₁^′  •C₁^′  g/m³ L₂^′= Q₂^′  •C₂^′  g/m³

L₁^′ =  1, 2   • 3 = 3, 6   g/m³ L₂^′ =  1, 6   • 3, 4 = 5, 54   g/m³

1. Wyznaczamy ładunek zanieczyszczeń na początku odcinka po wprowadzeniu ścieków

L_s1^′= L₁^′+ L₁  =  L₁^′+ Q_s• C _s    g/m³

L_s1^′ =   3, 6  +  0, 72 •  150  = 111, 6  g/m³

Q_s1^′= Q₁^′  + Q_s    g/m³

Q_s1^′ =  1, 2 +  0, 72 = 1, 92     g/m³

L_s= Q_s • C_s     g/m³

L_s =  0, 72 •  150 = 108     g/m³

$$\mathbf{C}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{+}\mathbf{L}_{\mathbf{1}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{+ \ }\mathbf{Q}_{\mathbf{s}}}\mathbf{\ \ \ \ \ \ g/}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}$$

$$C_{s1}^{'} = \ \frac{3,6 + 108}{1,2 + \ 0,72} = 58,13\ \ \ g/m^{3}$$

1. Wyznaczanie wartości parametrów X₁^′

$$\mathbf{X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{= \ }\mathbf{X}_{\mathbf{1\ }}\mathbf{\bullet}\left( \mathbf{1 + \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{- \ }\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}{\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{+ \ }\left( \mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{- \ }\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}} \right)\mathbf{+ \ a\ \bullet}\mathbf{X}_{\mathbf{2}}\mathbf{\ }} \right)\mathbf{\ \bullet \ }\frac{\mathbf{Q}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\text{\ \ \ }}$$

$$\mathbf{a = \ }\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{(1 - \ }\mathbf{e}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{- X}}\mathbf{)}}\mathbf{- \ }\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{X}_{\mathbf{1}}}$$

$$a = \ \frac{1}{(1 - \ e_{1}^{- 0,85})} - \ \frac{1}{0,85} = 0,570$$

$$X_{1}^{'} = \ 0,85 \bullet \left( 1 + \ \frac{111,6 - \ 3,6}{3,6 + \ \left( 711,6 - \ 3,6 \right) + \ 0,57\ \bullet 50\ } \right)\ \bullet \ \frac{1,2}{1,92}\ = 0,94$$

1. Obliczamy prognozowany ładunek L_s2 dopływający do przekroju 2

$$\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}\mathbf{= \ }\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{\ \bullet \ }\mathbf{e}^{\mathbf{- X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{+ \ }\frac{\mathbf{X}_{\mathbf{2}}}{\mathbf{X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\ \bullet \ \ (\ 1 - \ }\mathbf{e}^{\mathbf{- X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\ )}$$

$\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}\mathbf{= \ }111,6\ \bullet \ e^{- 0,94} + \ \frac{50}{0,94}\ \bullet \ \ \left( \ 1 - \ e^{- 0,94}\ \right) = 75,97$ g/m³

1. Prognozowane stężenie zanieczyszczeń dopływających do przekroju 2

$$\mathbf{C}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}}$$

Q_s2= Q₂ + Q_s

Q_s2 =  1, 4 + 0, 72 = 2, 12 g /m³

$$C_{s2} = \ \frac{75,97}{2,12} = 35,83\ g/m^{3}$$

1. Prognozowane wartości w wodach wypływających z przekroju 2

Q_s2^′= Q₂^′+ ( Q_s2− Q₂)    g/m³

Q_s2^′ =  1, 6 +  ( 2,12− 1,4) = 2, 32    g/m³

L_s2^′= L₂^′+ ( L_s2− L ₂ ) g/m³

L_s2^′ =  5, 44 +  ( 75, 97 −  4, 48 ) = 76,93 g/m³

$$\mathbf{C}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}^{\mathbf{'}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}^{\mathbf{'}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\ \ \ g/}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}$$

$$C_{s2}^{'} = \ \frac{76,93}{2,32} = 33,16\ \ \ g/m^{3}$$

1. Profil hydrochemiczny rzeki po wprowadzeniu dodatkowego ładunku ścieków dla wartości BZT₅ - na końcu projektu

Wariant 4.2.

W przypadku odprowadzenia do odbiornika ścieków oczyszczonych

1. Wyznaczamy rzeczywisty ładunek zanieczyszczeń na początku i końcu odcinka

L₁= Q₁• C₁   g/m³ L₂= Q₂• C₂   g/m³

L₁ =  1, 0 •  2, 8 = 2, 8   g/m³ L₂ =  1, 4 •  3, 2 = 4, 48   g/m³

L₁^′= Q₁^′  •C₁^′  g/m³ L₂^′= Q₂^′  •C₂^′  g/m³

L₁^′ =  1, 2   • 3, 0 = 3, 6   g/m³ L₂^′ =  1, 6   • 3, 4 = 5, 44   g/m³

1. Wyznaczamy ładunek zanieczyszczeń na początku odcinka po wprowadzeniu ścieków

L_s1^′= L₁^′+ L₁  =  L₁^′+ Q_s• C _s    g/m³

L_s1^′ =   3, 6 +  0, 72 • 5, 67  = 7, 68  g/m³

Q_s1^′= Q₁^′  + Q_s    g/m³

Q_s1^′ =  1, 2 +  0, 72 = 1, 92     g/m³

L_s= Q_s • C_s     g/m³

L_s =  0, 72 •  5, 67 = 4, 08    g/m³

$$\mathbf{C}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{+}\mathbf{L}_{\mathbf{s}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{+ \ }\mathbf{Q}_{\mathbf{s}}}\mathbf{\ \ \ \ \ \ g/}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}$$

$$C_{s1}^{'} = \ \frac{3,6 + 4,08}{1,2 + \ 0,72} = 4\ \ \ g/m^{3}$$

1. Wyznaczanie wartości parametrów X₁^′

$$\mathbf{X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{= \ }\mathbf{X}_{\mathbf{1\ }}\mathbf{\bullet}\left( \mathbf{1 + \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{- \ }\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}{\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{+ \ }\left( \mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{- \ }\mathbf{L}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}} \right)\mathbf{+ \ a\ \bullet}\mathbf{X}_{\mathbf{2}}\mathbf{\ }} \right)\mathbf{\ \bullet \ }\frac{\mathbf{Q}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\text{\ \ \ }}$$

$$\mathbf{a = \ }\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{(1 - \ }\mathbf{e}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{- X}}\mathbf{)}}\mathbf{- \ }\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{X}_{\mathbf{1}}}$$

$$a = \ \frac{1}{(1 - \ e_{1}^{- 0,85})} - \ \frac{1}{0,85} = 0,570$$

$$X_{1}^{'} = \ 0,85 \bullet \left( 1 + \ \frac{7,68 - \ 3,6}{3,6 + \ \left( 7,68 - \ 3,6 \right) + \ 0,570\ \bullet 50\ } \right)\ \bullet \ \frac{1,2}{1,92}\ = 0,59$$

1. Obliczamy prognozowany ładunek L_s2 dopływający do przekroju 2

$$\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}\mathbf{= \ }\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}\mathbf{\ \bullet \ }\mathbf{e}^{\mathbf{- X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{+ \ }\frac{\mathbf{X}_{\mathbf{2}}}{\mathbf{X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\ \bullet \ \ (\ 1 - \ }\mathbf{e}^{\mathbf{- X}_{\mathbf{1}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\ )}$$

$$\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}\mathbf{= \ }7,68\ \bullet \ e^{- 0,59} + \ \frac{50}{0,59}\ \bullet \ \ \left( \ 1 - \ e^{- 0,55}\ \right) = 42,36\ \ g/m^{3}$$

1. Prognozowane stężenie zanieczyszczeń dopływających do przekroju 2

$$\mathbf{C}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}}$$

Q_s2= Q₂ + Q_s

Q_s2 =  1, 4 +  0, 72 = 2, 12 g /m³

$$C_{s2} = \ \frac{42,36}{2,12} = 21,18g/m^{3}$$

1. Prognozowane wartości w wodach wypływających z przekroju 2

Q_s2^′= Q₂^′+ ( Q_s2− Q₂)    g/m³

Q_s2^′ =  1, 6 +  ( 2,11− 1,4) = 2, 32    g/m³

L_s2^′= L₂^′ +  ( L_s2 −  L ₂ ) g/m³

L_s2^′ =  5, 44 +  ( 42, 36 −  4, 48 ) = 43,32 g/m³

$$\mathbf{C}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}^{\mathbf{'}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{L}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}^{\mathbf{'}}}{\mathbf{Q}_{\mathbf{s}\mathbf{2}}^{\mathbf{'}}}\mathbf{\ \ \ g/}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}$$

$$C_{s2}^{'} = \ \frac{43,32}{2,32} = 18,67\ \ \ g/m^{3}$$