Politechnika Wrocławska Wrocław, 18.05.2012 r.

Wydział Inżynierii Środowiska

Ochrona Wody i Gleby

Sprawozdanie nr 3

Samooczyszczanie wód płynących. Przemiany zanieczyszczeń organicznych.

Prowadzący: Wykonała:

dr inż. Agnieszka Urbanowska Katarzyna Szyło

174106

IV rok st. zaoczne

Sobota 13.45

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie przebiegu linii tlenowej i wartości BZT₅ oraz N-NH₃ dla badanego odcinka rzeki. W zadaniu analizowano również wpływ sposobu zrzutu ścieków na jakość wody i przebieg linii tlenowej. Współczynniki kinetyki wyznaczono dla 4 temperatur wody w zakresie 2÷25 °C.

1. Parametry rzeki bazowej

Na modelu komputerowym rozpatrywany jest proces samooczyszczania wód płynących powierzchniowych. Dlatego, żeby zmodelować odcinek rzeki przyjęto rzekę IV klasy czystości o następujących parametrach:

• stężeniu maksymalnym BZT₅=12 mg O₂/l i stężeniu maksymalnym azotu amonowego NH_­4­=4 mg N/l.

• Stałą szybkości reakcji biochemicznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych k₁=0,1 .

• Współczynnik reakcji k₂=0,23.

• Stała szybkości utleniania substancji organicznych k₃=0,2.

• Stala szybkości nitryfikacji k₄=0,2.

• Współczynnik zapotrzebowania O₂ przez (osady denne) r_B=0,07 mg O₂/l grunt mineralny.

• Szybkość dostarczania tlenu mikroorganizmami r_Ap-r_Ar= 1 mg O₂/l

• Długość odcinka rzeki L=40km

• Natężenie przepływu - mała rzeka 1 m³/s

• Prędkość przepływu - rzeka nizinna 0,4 km/h

Przebieg linii tlenowej, wartości BZT₅ oraz N-NH₃ przedstawiono poniżej.

CZĘŚĆ I

Zadanie 1

Wpływ temperatury na intensywność przemian zanieczyszczeń w rzece dla rzeki
o założonych parametrach. W tabeli zestawiono wartości wskaźników dla odcinka I.

Odległość	Tlen rozp. [g O2/m^3]	BZT5 [g O2/m^3]	N-NH3 [g N/m^3]
[km]	Temperatura wody [° C]
	2	5	15
0	13,84	12,80	10,15
4	13,11	11,90	8,46
8	12,48	11,12	7,07
12	11,93	10,45	5,95
16	11,47	9,89	5,05
20	11,07	9,41	4,36
24	10,73	9,02	3,83
28	10,46	8,70	3,46
32	10,24	8,45	3,21
36	10,07	8,27	3,08
40	9,94	8,13	3,04

Tabela 1. Stężenia tlenu rozpuszczonego, BZT₅ oraz NH₃ w wodzie rzeki przy różnych temperaturach i na różnej odległości na odcinku I

Zadanie 2.

Określenie wpływu początkowej jakości wody na intensywność przemian zanieczyszczeń organicznych w rzece. W tabelach przedstawiono wartości wskaźników dla odcinka I.

Odległość	Tlen rozp. [g O2/m^3]	BZT5 [g O2/m^3]	N-NH3 [g N/m^3]
[km]	Klasa czystości wody
	I	II	IV
0	11,33	11,33	11,33
4	11,49	11,32	10,08
8	11,66	11,33	9,02
12	11,83	11,37	8,14
16	12,00	11,44	7,40
20	12,18	11,52	6,81
24	12,36	11,61	6,34
28	12,54	11,72	5,97
32	12,71	11,84	5,70
36	12,89	11,97	5,51
40	13,06	12,11	5,40

Tabela 2. Stężenia tlenu rozpuszczonego, wartości BZT₅ oraz N-NH₃ w rzece dla różnych klas czystości i na różnej odległości na odcinku I

Zadanie 3.

Określenie wpływu reaeracji na intensywność przemian zanieczyszczeń organicznych
w rzece poprzez zmianę współczynnika reaeracji k₂=0,6 i 1,0. W tabeli zestawiono wartości wskaźników dla odcinka I.

Odległość	Tlen rozp. [g O2/m^3]	BZT5 [g O2/m^3]	N-NH3 [g N/m^3]
[km]	Współczynnik reaeracji k2 [d^-1]
	0,6	1,0	0,6
0	11,33	11,33	12,00
4	10,08	10,07	10,95
8	9,14	9,25	9,98
12	8,45	8,73	9,11
16	7,97	8,44	8,31
20	7,65	8,32	7,58
24	7,47	8,30	6,91
28	7,40	8,37	6,31
32	7,41	8,49	5,75
36	7,48	8,65	5,25
40	7,60	8,83	4,79

Tabela 3. Stężenia tlenu rozpuszczonego, wartości BZT₅ oraz N-NH₃ w rzece dla różnych współczynników reaeracji i dla różnej odległości na odcinku I

Zadanie 4.

Określenie wpływu prędkości przepływu wody na intensywność przemian zanieczyszczeń organicznych w rzece poprzez zmianę prędkości v=5km/h i 10km/h. W tabeli zestawiono wartości wskaźników dla odcinka I.

Odległość	Tlen rozp. [g O2/m^3]	BZT5 [g O2/m^3]	N-NH3 [g N/m^3]
[km]	Prędkość przepływu wody [km/h]
	5	10	5
0	11,33	11,33	12,00
4	11,23	11,28	11,91
8	11,13	11,23	11,83
12	11,03	11,18	11,74
16	10,93	11,13	11,66
20	10,83	11,08	11,57
24	10,73	11,03	11,49
28	10,64	10,98	11,41
32	10,55	10,93	11,33
36	10,45	10,88	11,24
40	10,36	10,83	11,16

Tabela 4. Stężenia tlenu rozpuszczonego, wartości BZT₅ oraz N- NH₃ w rzece dla różnych prędkości przepływu wody i dla różnej odległości na odcinku I

CZĘŚĆ II

Zadanie 1.

Określenie wpływu zmiany przepływu ścieków na przemianę związków organicznych
w rzece dla 5, 10, 15 oraz 20% ich początkowego przepływu, a także wpływu rodzaju źródła zanieczyszczeń. Wyniki przedstawiono na poniższych wykresach.

Źródła punktowe

Źródła liniowe

Zadanie 2.

Określenie wpływu jakości ścieków na przemiany związków organicznych dla punktowych oraz liniowych źródeł zanieczyszczeń po oczyszczaniu mechanicznym, a także po II stopniu oczyszczania.

Po oczyszczaniu mechanicznym

Po II° oczyszczania

5.Wnioski

Na podstawie przeprowadzonego ćwiczenia, w którym symulowano możliwości samooczyszczania rzeki i badano wpływ zmian różnych parametrów rzeki lub ścieków, można zauważyć pewne prawidłowości.

Spadek wartości BZT₅, zawartości tlenu rozpuszczonego i stężenia azotu amonowego N-NH₃ w miarę wzrostu odległości w rzece, do której nie zrzucano ścieków, spowodowany był zużyciem tlenu na biochemiczny rozkład zanieczyszczeń organicznych, a także na utlenianie azotu amonowego do azotynów. Z racji tego, że dno rzeki stanowił grunt mineralny, to stopień pobierania tlenu przez osady denne był nieznaczny.

Jeśli chodzi o wpływ temperatury na intensywność przemian, to można zauważyć,
że im wyższa temperatura, tym większe zużycie tlenu i tutaj wpływ ten jest najbardziej zauważalny. Spowodowane jest to tym, ze rozpuszczalność gazów w cieczach maleje
ze wzrostem temperatury.

Malejące stężenie BZT₅ jest wynikiem biodegradacji zanieczyszczeń, a także procesy rozcieńczania i mieszania, sedymentacji zawiesin, jak również adsorpcji. Azot amonowy utleniany jest do azotynów, następnie do azotanów. Część może być zredukowana do azotu gazowego gdyż w obszarach dennych panują warunki beztlenowe.

Początkowa jakość wody nie ma większego wpływu na proces samooczyszczania
z tym, że odnosząc się do wód o wysokiej czystości (klasa I i II), to tlen nie jest w nich zużywany, lecz jego ilość wzrasta poprzez dodatkowe napowietrzanie, np.: aerację.
W wodach o niższej klasie czystości (III i IV) zawartość tlenu maleje, gdyż jest on zużywany w procesach unieszkodliwiania zanieczyszczeń.

Jak wspomniano wcześniej reaeracja ma wpływ na zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie, co pokazano w powyższych symulacjach. Im wyższy współczynnik reaeracji, tym większa zawartość tlenu w wodzie. Zmiana tego współczynnika nie ma z kolei wpływu na wartość BZT₅ oraz NH₄.

Dość znaczny wpływ na skuteczność procesów samooczyszczania wody ma również prędkość przepływu, gdyż pośrednio wpływa ona na efektywność procesu aeracji, a tym samym na zawartość tlenu.

Sposób doprowadzania zanieczyszczeń do rzeki ma duży wpływ na czystość odbiornika. W przypadku, gdy ładunek wprowadzany jest punktowo zauważyć można negatywne skutki w większym stopniu niż w sytuacji, gdy zanieczyszczenia wprowadzane są liniowo. Punktowy zrzut ścieków prowadzi do znacznego spadku zawartości tlenu rozpuszczonego (duża kumulacja zanieczyszczeń, z którymi rzeka „musi się uporać), a czasami nawet do całkowitego odtlenienia badanej rzeki. W drugim przypadku miejscowe zapotrzebowanie tlenu jest mniejsze i nie zostaje przekroczona tolerancja odbiornika na przyjmowanie zanieczyszczeń.

Ścieki oczyszczone mechanicznie doprowadzone zarówno liniowo jak i punktowo zanieczyszczą w znacznym stopniu rzekę spowalniając proces samooczyszczania ze względu na dużą zawartość zanieczyszczeń organicznych. Zrzut liniowy jest jednak łagodniejszy dla zdolności samooczyszczania rzeki.

Ścieki oczyszczone biologicznie doprowadzone w podobny sposób jak poprzednie będą miały znikomy wpływ na proces samooczyszczania.