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 S_A i S_B 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:

S_A - punkt tuż przed zrzutem ścieków

S_B - 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:

k_b - Stała szybkości biodegradacji w danej temperaturze:

k_b²⁰ - 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.

C_BZT = C^w_BZT*exp(-k_B*T_H)

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

C_BZT - wartość wskaźnika BZT₅ w punkcie końcowym [gO₂/m3 ]

k_B - stała szybkości biodegradacji [ d^-1 ]

T_H - 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:

Ł_ś = Ł_Sb - Ł_Sa

Ł_ś - ładunek poszczególnych zanieczyszczeń w ściekach

Ł_Sb - ilość zanieczyszczeń tuż za zrzutem ścieków,

Ł_Sa - 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

D_hp = 0,2 H ∙ V_p [ m * m/s = m²/s ]

D_hp - Współczynnik dyspersji poprzecznej

H - jest średnią głębokością koryta rzeki [m]

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

f) Odległość, po jakiej nastąpi całkowite wymieszanie się ścieków w przekroju poprzecznym.

[ (m/s * m² ) / m²/s = m ]

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

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

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

się w osi koryta [ m ],

D_hp - 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 ).