Ćwiczenie nr 4 środa, 5.03.2008 r.
Temat: BILANS ŁADUNKÓW ZANIECZYSZCZEŃ W WODACH POWIERZCHNIOWYCH
Sekcja 4
Skład sekcji:
1. APCZYŃSKI Piotr
2. GRABOWSKI Piotr
3. JAŁA Robert
4. MICHALSKI Andrzej
1. Cel ćwiczenia
Dysponując informacjami o jakości wody ( B/16/06 ) w ustalonych przekrojach pomiarowych oraz o charakterze samego odbiornika za cel stawiamy sobie określenie stężenia zanieczyszczeń ( BZT5, chlorki, siarczany, azot całkowity) wprowadzonych ze ściekami do rzeki w punkcie zrzutu ścieków, oraz porównanie ich z normami przyjętymi przez Ministra Środowiska.
2. Metody badań
Mając do dyspozycji dane na temat jakości wody w przekrojach pomiarowych A i B (rysunek poglądowy poniżej) wyliczamy stężenia poszczególnych zanieczyszczeń na przekrojach pomiarowych SA i SB i wykorzystując te dane obliczamy ładunek i stężenie zanieczyszczeń w dopływających ściekach. Należy w tym celu wykorzystać odpowiednio przekształcone wzory. Trzeba zwrócić uwagę, 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.
Przyjęto uproszczenie, że wody gruntowe wpływają pod koniec badanej długości rzeki. Dlatego nie musimy uwzględniać utleniania zanieczyszczeń organicznych z wód gruntowych podczas ich przepływu na odcinku L1, ani podczas przepływu wód gruntowych na odcinku L2 - L1.
Na koniec zostaną porównane stężenia w ściekach z odpowiednimi normami prawnymi i ustalenie czy zostały one przekroczone.
3. Dane wejściowe:
a) Rysunek poglądowy:
SA - punkt tuż przed zrzutem ścieków
SB - punkt tuż za zrzutem ścieków
b) Karta pomiarowa:
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Przekrój kontrolny "A" |
|
|
Przepływ wody w rzece |
m3/h |
14000 |
Stężenie zanieczyszczeń w rzece: |
|
|
BZT5 |
gO2/m3 |
3,2 |
chlorki |
g/m3 |
90 |
siarczany |
g/m3 |
87 |
azot amonowy |
gN/m3 |
0,1 |
azot azotanowy |
gN/m3 |
1,8 |
azot całkowity |
gN/m3 |
2,1 |
Przekrój kontrolny "B" |
|
|
Stężenie zanieczyszczeń w rzece: |
|
|
BZT5 |
gO2/m3 |
3,3 |
chlorki |
g/m3 |
92 |
siarczany |
g/m3 |
88 |
azot amonowy |
gN/m3 |
0 |
azot azotanowy |
gN/m3 |
1 |
azot całkowity |
gN/m3 |
2,2 |
Dane dodatkowe |
|
|
Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych |
m3/km/h |
8 |
Stężenie zanieczyszczeń w wodach gruntowych: |
|
|
BZT5 |
gO2/m3 |
0,1 |
chlorki |
g/m3 |
150 |
siarczany |
g/m3 |
105 |
azot amonowy |
gN/m3 |
0,05 |
azot azotanowy |
gN/m3 |
0,2 |
azot całkowity |
gN/m3 |
0,3 |
Długość odcinka L1 |
km |
1,9 |
Długość odcinka L2 |
km |
3,8 |
Średnia szybkość przepływu wody w rzece |
m/s |
0,29 |
Średnia szerokość koryta rzeki |
m |
14 |
Średnia głębokość koryta rzeki |
m |
1 |
Temperatura obliczeniowa |
*C |
13 |
Stała szybkości biodegradacji w temp. 20 ºC (k20B) |
1/d |
0,76 |
Ilość dopływających ścieków |
m3/h |
650 |
c) Normy prawne:
Parametr |
Jednostka |
Norma |
BZT5 |
gO2/m3 |
25 |
chlorki |
g/m3 |
1000 |
siarczany |
g/m3 |
500 |
azot całkowity |
gN/m3 |
30 |
4. Przeliczenia
W trakcie wykonywania ćwiczenia wykorzystane zostały następujące wzory:
a) Aby móc obliczyć całkowity ładunek poszczególnych zanieczyszczeń skorzystaliśmy 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) Dopływ wód gruntowych:
Q = q * L [ m3/km/h * km = m3/h ]
Q - Całkowity dopływ wód gruntowych [m3/h ]
q - jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych [m3/km/h ]
L - Długość odcinka rzeki [ km ]
c) Stała szybkości biodegradacji w danej temperaturze:
kb - Stała szybkości biodegradacji w danej temperaturze:
kb20 - stała szybkości biodegradacji odniesiona do temperatury 20 °C [ d-1 ]
d) Wielkość wskaźnika BZT w rzece w odniesieniu do punktu początkowego:
Ilość zanieczyszczeń organicznych podczas przepływu rzeki maleje. Aby obliczyć o ile zmalała ta ilość należy korzystać z następującego wzoru.
CBZT = CwBZT*exp(-kB*TH)
CwBZT - wartość wskaźnika BZT5 w punkcie początkowym [ gO2/m3 ]
CBZT - wartość wskaźnika BZT5 w punkcie końcowym [gO2/m3 ]
kB - stała szybkości biodegradacji [ d-1 ]
TH - hydrauliczny czas przepływu od punktu początkowego do punktu końcowego [d]
e) Aby móc obliczyć ładunek poszczególnych zanieczyszczeń w ściekach, należało odjąć ilość zanieczyszczeń w przekroju tuż przed zrzutem ścieków OD ilości zanieczyszczeń tuż za zrzutem ścieków, czyli:
Łś = ŁSb - ŁSa
Łś - ładunek poszczególnych zanieczyszczeń w ściekach
ŁSb - ilość zanieczyszczeń tuż za zrzutem ścieków,
ŁSa - ilość zanieczyszczeń tuż przed zrzutem ścieków
f) Aby obliczyć stężenie zanieczyszczeń w ściekach należało przekształcić wzór:
Ł = C * Q
Do odpowiedniej postaci:
C = Ł / Q [ (g/h) / (m3/h) = g/m3 ]
Ł - Ładunek zanieczyszczeń [ g/h ]
C - Stężenie danego zanieczyszczenia [g/m3 ]
Q - Przepływ wody [m3/h ]
e) Współczynnik dyspersji poprzecznej
Dhp = 0,2 H ∙ Vp [ m * m/s = m2/s ]
Dhp - Współczynnik dyspersji poprzecznej
H - jest średnią głębokością koryta rzeki [m]
Vp - średnia prędkość przepływu rzeki [ m/s ],
f) Odległość, po jakiej nastąpi całkowite wymieszanie się ścieków w przekroju poprzecznym.
[ (m/s * m2 ) / m2/s = m ]
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 ]
5. Wyniki analiz
a) Charakterystyka rzeki w przekroju "A":
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Ładunki zanieczyszczeń: |
|
|
BZT5 |
kgO2/h |
44,800 |
chlorki |
kg/h |
1260,000 |
siarczany |
kg/h |
1218,000 |
azot całkowity |
kgN/h |
29,400 |
b) Charakterystyka wód gruntowych na odcinku L1:
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L1 |
m3/h |
15,200 |
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych: |
|
|
BZT5 |
kgO2/h |
0,002 |
chlorki |
kg/h |
2,280 |
siarczany |
kg/h |
1,596 |
azot całkowity |
kgN/h |
0,005 |
c) Charakterystyka rzeki tuż przed zrzutem ścieków:
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Przepływ całkowity |
m3/h |
14015,200 |
Czas przepływu wody na odcinku L1 |
d |
0,076 |
Stała szybkość biodegradacji w temp. obliczeniowej (KB) |
1/d |
0,519 |
Ładunki zanieczyszczeń: |
|
|
BZT5 |
kgO2/h |
43,119 |
chlorki |
kg/h |
1262,280 |
siarczany |
kg/h |
1219,596 |
azot całkowity |
kgN/h |
29,405 |
d) Charakterystyka wód gruntowych na odcinku (L2-L1):
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku (L2-L1) |
m3/h |
15,200 |
Ładunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych: |
|
|
BZT5 |
kgO2/h |
0,002 |
chlorki |
kg/h |
2,280 |
siarczany |
kg/h |
1,596 |
azot całkowity |
kgN/h |
0,005 |
e) Charakterystyka rzeki w przekroju "B":
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Przepływ całkowity |
m3/h |
14680,400 |
Ładunki zanieczyszczeń: |
|
|
BZT5 |
kgO2/h |
48,445 |
chlorki |
kg/h |
1350,597 |
siarczany |
kg/h |
1291,875 |
azot całkowity |
kgN/h |
32,297 |
f) Charakterystyka rzeki tuz za zrzutem ścieków:
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Przepływ całkowity |
m3/h |
14665,200 |
Czas przepływu wody na odcinku L2-L1 |
d |
0,076 |
Ładunki zanieczyszczeń: |
|
|
BZT5 |
kgO2/h |
50,388 |
chlorki |
kg/h |
1348,317 |
siarczany |
kg/h |
1290,279 |
azot całkowity |
kgN/h |
32,292 |
g) Charakterystyka ścieków razem z normami prawnymi:
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
|
Ładunki zanieczyszczeń w ściekach: |
|
|
|
BZT5 |
kgO2/h |
7,269 |
|
chlorki |
kg/h |
86,037 |
|
siarczany |
kg/h |
70,683 |
|
azot całkowity |
kgN/h |
2,888 |
|
Stężenie zanieczyszczeń w ściekach: |
|
|
Norma Prawna |
BZT5 |
gO2/m3 |
11,183 |
25,000 |
chlorki |
g/m3 |
132,364 |
1000,000 |
siarczany |
g/m3 |
108,743 |
500,000 |
azot całkowity |
gN/m3 |
4,443 |
30,000 |
h) Współczynnik dyspersji poprzecznej oraz odległość, po której ścieki ulegną całkowitemu wymieszaniu poprzecznemu:
Parametr |
Jedn. |
Wartość |
Współczynnik dyspersji poprzecznej |
m2/d |
5011,200 |
Odległość po której następuje całkowite wymieszanie się ścieków. |
km |
0,340 |
i) Procent ilości zanieczyszczeń w stosunku do normy prawnej.
Procent ilości zanieczyszczeń w stosunku do normy prawnej |
Jedn. |
Wartość |
BZT5 |
% |
45 |
chlorki |
% |
13 |
siarczany |
% |
22 |
azot całkowity |
% |
15 |
6. Wnioski:
- Dosyć niska ilość zanieczyszczeń organicznych raczej wyklucza iż są to ścieki bytowo-gospodarcze. Dlatego tez ścieki mają prawdopodobnie charakter przemysłowy, co potwierdza fakt, że zawierają zanieczyszczenia organiczne jak i nieorganiczne.
- Ładunki zanieczyszczeń w ściekach wprowadzanych do rzeki nie przekraczają norm ustalonych przez prawo, dlatego też nie potrzeba dodatkowo ich oczyszczać ( g ).
- Odległość po jakiej nastąpi całkowite oczyszczenie ścieków wynosi 340 m. Odległość od punktu zrzutu ścieków do przekroju pomiarowego "B" wynosi 1900 m, dlatego też w tymże przekroju ścieki są juz całkowicie wymieszane ( h ).
- Szkodliwość wprowadzanych ścieków nie jest zbyt duża, ponieważ ładunek każdego zanieczyszczenia jest stosunkowo mały i wacha się w granicach: od 13% do 45% ustalonych przez prawo norm ( i ).