1. Temat ćwiczenia: „ Bilans ładunków zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych’’

2. Data realizacji: 09.04.2014r.

3. Sekcja nr 1 w składzie:

• BIENIEK Anna

• SERAFIMOWICZ Weronika

• STĄPOREK Milena

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było określenie ładunków zanieczyszczeń wprowadzonych ze ściekami do rzeki na odcinku pomiędzy dwoma przekrojami kontrolnymi. Dysponując informacjami o jakości wody w ustalonych przekrojach pomiarowych oraz o charakterze samego odbiornika należy oszacować ładunki zanieczyszczeń wprowadzonych do odbiornika wraz ze ściekami oraz ustalić ich stężenia.

1. Sposób wykonania ćwiczenia:

Ćwiczenie zostało wykonane na podstawie otrzymanych danych pomiarowych, skorzystano z modelowania matematycznego, aby ocenić wartości stężeń zanieczyszczeń wprowadzonych do rzeki skorzystano ze wzorów zawartych w instrukcji oraz wzorów przekazanych grupie przez prowadzącego.

1. Dane:

Parametr	Jedn.	Wartość
Przekrój kontrolny "A"
Przepływ wody w rzece (Qr)	m^3/h	23000
Stężenie zanieczyszczeń w rzece (Cr):
BZT5	gO2/m^3	6,4
chlorki	g/m^3	77
siarczany	g/m^3	95
azot całkowity	gN/m^3	2,6
Fosfor ogólny	gP/m^3	7,5
Przekrój kontrolny "B"
Stężenie zanieczyszczeń w rzece (Cr):
BZT5	gO2/m^3	9,4
chlorki	g/m^3	121
siarczany	g/m^3	102
azot całkowity	gN/m^3	4,9
Fosfor ogólny	gP/m^3	9,7
Wody gruntowe
Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych (qg)	m^3/km/h	15
Stężenie zanieczyszczeń w wodach gruntowych (Cg):
BZT5	gO2/m^3	1,6
chlorki	g/m^3	49
siarczany	g/m^3	23
azot całkowity	gN/m^3	0,3
Fosfor ogólny	gP/m^3	0,8
Dane dodatkowe
Ilość dopływających ścieków (qs)	m^3/h	1300
Ilość pobieranej wody	m^3/h	8
Średnia szybkość przepływu wody w rzece (Vp)	m/s	1,5
Średnia szerokość koryta rzeki (s)	m	1,2
Średnia głębokość koryta rzeki (H)	m	0,4
Długość odcinka L1	km	3,6
Długość odcinka L2	km	4,4
Długość odcinka L3	km	6,5
Temperatura obliczeniowa (t)	*C	13
Stała szybkości biodegradacji w temp. 20ºC (k^20B)	1/d	0,76

Rys 1. Poglądowy schemat fragmentu biegu rzeki z zaznaczonymi przekrojami kontrolnymi i punktem zrzutu ścieków.

3. Metody obliczeń:

W celu wykonania ćwiczenia, otrzymane od prowadzącego dane pomiarowe wprowadzono do arkusza kalkulacyjnego Microsoft Excel . Obliczenia wykonano korzystając ze wzorów podanych w instrukcji oraz przez prowadzącego.

1. Obliczenie bilansu zanieczyszczeń w rzece:

• Charakterystyka rzeki w przekroju "A"

((przepływ wody w rzece) * (dany parametr))/1000

• Charakterystyka wód gruntowych na odcinku L1

((długość odcinka L1) * (jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych) * (dany parametr))/1000

• Charakterystyka rzeki tuż przed zrzutem ścieków

Przepływ całkowity:

(przepływ wody w rzece) + ((długość odcinka L1) * (jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych))

Ładunki zanieczyszczeń:

((dany parametr w przekroju „A”) + ((jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych) * (długość odcinka L1) * (stężenie danego parametru w wodach gruntowych)))/1000

• Charakterystyka wód gruntowych na odcinku (L2 - L1)

Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku (L2 - L1):

(jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych) * ((długość odcinka L2) – (długość odcinka L1))

• Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych

((całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku (L2 - L1)) * (dany parametr))/1000

• Charakterystyka rzeki w przekroju "B"

Przepływ całkowity:

(przepływ całkowity przed zrzutem ścieków) + (całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku (L2 - L1)) + (ilość dopływających ścieków)

• Ładunki zanieczyszczeń

((dany parametr) * (przepływ całkowity w przekroju „B”))/1000

• Charakterystyka rzeki tuż za zrzutem ścieków

Przepływ całkowity:

(przepływ całkowity przed zrzutem ścieków) + (ilość dopływających ścieków)

Ładunki zanieczyszczeń

BZT₅ według wzoru z instrukcji

(dany parametr w przekroju „B”) – (dany parametr w wodach gruntowych na odcinku (L2 – L1)

Obliczenie ładunków i stężeń zanieczyszczeń w ściekach oraz warunków ich wymieszania z wodami odbiornika.

Charakterystyka ścieków

Ładunki zanieczyszczeń w ściekach

(dany parametr tuż za zrzutem ścieków) – (dany parametr tuż przed zrzutem ścieków)

Stężenie zanieczyszczeń w ściekach

((dany parametr w ładunku zanieczyszczeń w ściekach) / (ilość dopływających ścieków))*1000

Współczynnik dyspersji poprzecznej według wzoru podanego w instrukcji:

Odległość całkowitego wymieszania ścieków w odbiorniku według wzoru z instrukcji

Parametr	Jedn.	Wartość
Charakterystyka rzeki w przekroju "A"
Ładunki zanieczyszczeń:
BZT5	kgO2/ m^3	0,003808744
chlorki	kg/h	1771
siarczany	kg/h	2185
azot całkowity	kgN/h	59,8
fosfor całkowity	kgP/h	172,5
Charakterystyka wód gruntowych na odcinku L1
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L1	m^3/h	54
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych L1:
BZT5	kgO2/ m^3	0,001577099
chlorki	kg/h	2,646
siarczany	kg/h	1,242
azot całkowity	kgN/h	0,0162
fosfor całkowity	kgP/h	0,0432
Charakterystyka rzeki tuż przed punktem poboru wody
Przepływ całkowity	m^3/h	23054
stała szybkości biodegradacji w temperaturze obliczeniowej (kB)	1/d	0,518998574
czas przepływu wody na odcinku L1	D	0,027777778
Ładunki zanieczyszczeń
BZT5	kg/O2/ m^3	0,005385843
Chlorki	kg/h	1773,646
Siarczany	kg/h	2186,242
azot całkowity	kgN/h	59,8162
fosfor całkowity	kgP/h	172,5432
Charakterystyka pobieranej wody z rzeki
Ładunki zanieczyszczeń
BZT5	kg/O2/ m^3	0,00067323
chlorki	kg/m3	221,70575
siarczany	kg/m3	273,28025
azot całkowity	kgN/m3	7,477025
fosfor całkowity	kgP/m3	21,5679
Charakterystyka wód gruntowych na odcinku (L2-L1)
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku (L2-L1)	m^3/h	12
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych:
BZT5	kgO2/ m^3	0,001594882
chlorki	kg/h	0,588
siarczany	kg/h	0,276
azot całkowity	kgN/h	0,0036
fosfor całkowity	kgP/h	0,0096
Charakterystyka rzeki tuż przed zrzutem ścieków
Przepływ całkowity	m^3/h	23066
czas przepływu wody na odcinku L2-L1	d	0,00617284
Ładunki zanieczyszczeń:
BZT5	kgO2/ m^3	0,006980725
chlorki	kg/h	1774,234
siarczany	kg/h	2186,518
azot całkowity	kgN/h	59,8198
fosfor całkowity	kgP/h	172,5528
Charakterystyka rzeki w przekroju "B"
Przepływ całkowity	m^3/h	24397,5
czas przepływu wody w punkcie B	d	0,050154321
Ładunki zanieczyszczeń:
BZT5	kgO2/ m^3	0,009158475
chlorki	kg/h	2952,0975
siarczany	kg/h	2488,545
azot całkowity	kgN/h	119,54775
fosfor całkowity	kgP/h	236,65575
Charakterystyka wód gruntowych na odcinku (L3-L2)
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku (L3-L2)	m^3/h	31,5
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych:
BZT5	kgO2/ m^3	0,001586601
chlorki	kg/h	1,5435
siarczany	kg/h	0,7245
azot całkowity	kgN/h	0,00945
fosfor całkowity	kgP/h	0,0252
Charakterystyka rzeki tuż za zrzutem ścieków
Przepływ całkowity	m^3/h	24366
czas przepływu wody na odcinku L3-L2	d	0,016203704
Ładunki zanieczyszczeń:
BZT5	kgO2/ m^3	0,007571874
chlorki	kg/h	2950,554
siarczany	kg/h	2487,8205
azot całkowity	kgN/h	119,5383
fosfor całkowity	kgP/h	236,63055
Charakterystyka ścieków
Ładunki zanieczyszczeń w ściekach:
BZT5	kgO2/ m^3	0,000591149
chlorki	kg/h	1176,32
siarczany	kg/h	301,3025
azot całkowity	kgN/h	59,7185
fosfor całkowity	kgP/h	64,07775
Stężenie zanieczyszczeń w ściekach
BZT5	gO2/m^3	0,00045473
chlorki	g/m^3	904,8615385
siarczany	g/m^3	231,7711538
azot całkowity	gN/h	45,93730769
fosfor całkowity	gP/h	49,29057692
Współczynnik dyspersji poprzecznej	m^2/s	0,12
Odległość całkowitego wymieszania ścieków w odbiorniku	km	0,54
Co chlorki		121,2888889
Co siarczany		102,3169753
C0 azot		4,91845679
Co fosfor		9,735709877

1. Wnioski:

Fragment rozporządzenia 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.

NORMY	NASZE WYNIKI	PRZEKROCZENIE
Parametr	Jednostka	Wartość
BZT5	mgO2/l	25
Chlorki	mgCl/l	1000
Siarczany	mgSO4/l	500
Azot	mgN/l	30
Fosfor	mgP/l	10

Wartość ujemna wskazuje, że w doprowadzanych ściekach przekroczenie dopuszczalnej wartości przewidzianych przez ustawę nie nastąpiło w przypadku BZT₅, chlorków i siarczanów.. Nie jest konieczne więc wprowadzenie lepszego oczyszczania w przypadku tych związków. W pozostałych ściekach nastąpiło przekroczenie dopuszczalnych wartości przewidzianych przez ustawę, aby ścieki spełniały normy ustawy, należy zmodyfikować ilości odpowiednich parametrów.

• Jaki jest prawdopodobny charakter doprowadzanych ścieków:

Ścieki zanieczyszczające wodę pochodzą najprawdopodobniej z gospodarstw rolnych, o czym świadczy zanieczyszczenie fosforem i azotem. Związki tych pierwiastków (w postaci soli fosforanowych i azotanowych) stanowią główny składnik nawozów sztucznych, ochrony roślin bardzo często stosowanych przez rolników. Związki te mogą także pochodzić z gospodarstw domowych (jako ścieki komunalne), gdyż wchodzą one również w skład powszechnych środków chemicznych, piorących.

• Jakie rodzaje zanieczyszczeń i w jakim stopniu należy usunąć z doprowadzanych ścieków, aby spełniały one dopuszczalne normy jakościowe:

Z doprowadzanych ścieków należy usunąć azot i fosfor, gdyż znacznie przekraczają one normy prawne.

Parametr	Przekroczenie (%)	Przekroczenie (g/m^3)
Azot	53,12	15,93730769
Fosfor	392,91	39,29057692

Z powyższej tabeli wynika, iż zanieczyszczenie ścieków azotem należy zmniejszyć o ok. 50%, natomiast zanieczyszczenie fosforem aż o ok 400%!

Przykładowe metody usuwania zanieczyszczeń azotem i fosforem:

Azot i fosfor są to substancje biogenne, które usuwane są metodami biologicznymi. Do prowadzenia procesów biologicznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych wykorzystuje się populacje mikroorganizmów zawieszone w toni ścieków ( metoda osadu czynnego) lub mikroorganizmy tworzące utwierdzoną biomasę ( złoża biologiczne). W technologii biologicznego oczyszczania ścieków wyróżnia się procesy prowadzone w warunkach : tlenowych (biologiczne utleniania, nitryfikacja) i beztlenowych ( denitryfikacja). Stężenie azotu całkowitego przekroczyło normę w mniejszym stopniu niż stężenie fosforu ogólnego.

• Czy w przekroju pomiarowym ‘’B’’ nastąpi całkowite wymieszanie ścieków z wodą odbiornika:

gdzie:

Lm - odległość od punktu odprowadzenia do przekroju całkowitego wymieszania [m],

Vp - średnia prędkość przepływu rzeki [m/s],

s - hipotetyczna szerokość koryta rzeki przy założeniu, że punkt zrzutu ścieków znajduje

się w osi koryta [m],

Dhp - współczynnik dyspersji poprzecznej [m2/s].

Obliczenia:

Dane:

V_p=1,5 m/s L_m=0,54 m

S=1,2 m

D_hp=0,12 m²/s

Odległość całkowitego wymieszania ścieków w odbiorniku: L_m= 0,54 [km]

Odległość punktu ‘’B’’ od punktu zrzutu ścieków: 2,1 [km]

W przekroju pomiarowym ‘’B’’ nastąpi całkowite wymieszanie ścieków z wodą odbiornika, gdyż odległość miejsca zrzutu ścieków jest od punktu ‘’B’’ i wynosi 2,1 [km] i jest większa od wartości L_m.