WYKORZYSTANIE ŚCIEKÓW W ROLNICTWIE

Wykład nr 1 ( 16.02.2006)

Paweł Kozaczyk tel [phone] pokój 247

Literatura:

• „Nowoczesny system oczyszczania ścieków” J. Łomotowski, A.Szpindor Arkady 1999

• „Biotechnologia w ochronie śrdowiska” E.Klimuk, Maria Łepkowska PWN W-wa 2004

• „Podstawy gospodarki odpadami” Cz.Rosik-Dulewska PWN 2005

• „Ochrona środowiska glebowego” P.Lowalik PWN W-wa 2001

• „Gospodarka gnojowicą” Jan Kutera AR Wrocław 1994

• „Chemia rolna” PWN Eugeniusz Gorlach i inni W-wa 2001

• „Wykorzystanie ścieków w rolnictwie” Jan Kutera PWRiL W-wa 1988

• „Woda zasoby, degradacja, ochrona: Wojciech Chełmicki PWN 2003

Przez rolnicze wykorzystanie ścieków rozumie się : zastosowanie osadów ściekowych w stanie odwodnionym bądź płynnym do nawodnienia i nawożenia użytków rolnych oraz stawów przeznaczonych do hodowli i chowu ryb.

Zabrania się rolniczo wykorzystywać osady ściekowe które:

• Zawierają związki chemiczne szkodliwe dla człowieka lub kumulujące się w glebach i roślinach, związki mogące oddziaływać toksycznie

• Zawierają substancje utrudniające samooczyszczenie się wód, stawów rybnych do których są wprowadzane

• Zawierają substancje promieniotwórcze

Zabrania się nawożenia i nawadniania osadami ściekowymi:

1. Gruntów znajdujących się:

• w strefie ochronnych źródeł, ujęć wody

• w rezerwatach przyrody

• w parkach narodowych, ich strefach ochronnych

• w parkach krajobrazowych i ich strefach ochronnych

• w obszarach chronionego krajobrazu

• w obszarach górniczych wód, wód leczniczych, turystyczno-wypoczynkowych i wypoczynkowych

• na obszarach morskiego pasa nadbrzeżnego

• na obszarach narażonych na niebezpieczeństwo powodzi

• na obszarach na których wartość metali ciężkich w glebie w mg/kg suchej masy przekracza dopuszczalne wartości

• na obszarach płytkiego występowania skał szczelinowych

• na obszarach o spadku terenu większym od 10% w przypadku gruntów ornych oraz 20% w przypadku łąk i pastwisk

• w ogródkach działkowych i przydomowych

• W rejonie kąpielisk zlokalizowanych na wodach powierzchniowych

• W parkach wiejskich

1. Gruntów przeznaczonych do upraw polowych i szklarniowych roślin spożywanych na surowo

2. Gdy poziom wody podziemnej zalega płyciej od powierzchni gruntów niż:

• 1,2 m- na gruntach ornych i gruntach przeznaczonych do rezerwowego odbioru ścieków

• 1,0 m - na gruntach stanowiących łąki i pastwiska

1. Stawów rybnych

• Jeśli głębokość napełnienia stawu wynosi mniej niż 0,5m a ukształtowanie dna i linii brzegowej utrudnia rozprzestrzenianie się wprowadzonych ścieków.

Od 1 listopada do 31 marca NIE WOLNO wylewać ścieków na łąki i pastwiska.

Warunki położenia gruntów, na których jest stosowane rolnicze wykorzystanie ścieków

1. Odległości gruntów, na których stosuje się rolnicze wykorzystanie ścieków, od obszarów wymienionych wcześniej powinna wynosić:

• Przy nawodnieniach grawitacyjnych - 100 m

• Przy nawodnieniach deszczownianych - 200 m

• Dla gruntów służących do awaryjnego i rezerwowego odbioru ścieków;

• Przy ilościach ścieków do 5000 m³/dobę - 300 m

• Przy ilościach powyżej ścieków do 5000 m³/dobę - 500 m

• Grunty na których stosuje się rolnicze wykorzystanie ścieków powinny znajdować się w odległości:

1. Od obiektów przeznaczonych na pobyt ludzi przy zastosowanej dawce ścieków

• Do 1500 mm/rok przy nawodnieniach grawitacyjnych -100 m

• Do 1500 mm/rok przy nawodnieniach deszczownianych - 200 m

• Powyżej 1500 mm/rok - 300 m

2. Od dróg publicznych i linii kolejowych - co najmniej 30m

3. Od linii brzegu płynących wód powierzchniowych przy spadku terenu

• do 2% - 20 m

• od 2% do 10 % - 50 m

• od 10% do 20% - 70 m

3. Grunty przeznaczone do rezerwowego i filtracyjnego odbioru ścieków przy ilości ścieków do 5000 m³/dobę, powinny być oddalone od obiektów przeznaczonych na pobyt ludzi o 300 m, a przy ilości ścieków ponad 5000 m³/dobę o 500 metrów

Rolnicze wykorzystanie ścieków wymaga pozwolenia wodnoprawnego:

Zakład lub osoba fizyczna ubiegająca się o pozwolenie wodnoprawne na rozprowadzanie ścieków w celu rolniczego wykorzystania jest zobowiązana dołączyć do wniosku o to pozwolenie:

• Operat wodnoprawny

• Opinię biegłych dotyczącą oddziaływania ścieków na środowisko

• Opinię państwowego wojewódzkiego inspektora sanitarnego.

Wykład nr 2 (23.02.06)

Warunki sanitarne dla ścieków przeznaczonych do rolniczego wykorzystania

Lp	Wskaźnik	Wartość dopuszczalna
1	Bakterie chorobotwórcze z rodzaju Salmonella	Nie wykrywalne w 1 litrze
2	Obecność żywych jaj pasozytów (Asceris sp. Trichorius, Toxocara)	Do 10 w litrze

Dopuszczalne zawartości metali ciężkich w glebach

Pierwiastek	Jednostka	Zawartość w glebach
				lekkich	średnich	ciężkich
Ołów	mg/kg suchej masy	40	60	80
Kadm	mg/kg suchej masy	1	2	3
Rtęć	mg/kg suchej masy	0,8	1,2	1,5
Nikiel	mg/kg suchej masy	20	35	50
Cynk	mg/kg suchej masy	80	120	180
Miedź	mg/kg suchej masy	25	50	75
Chrom	mg/kg suchej masy	50	75	100

Dopuszczalne wartości wybranych wskaźników zanieczyszczeń w zależności od wielkości oczyszczalni i odbiornika ścieków

wskaźnik	Jednostka	Ścieki odprowadzane do gruntów w ilości		Ścieki odprowadzane do wód płynących w ilości			Ścieki odprowadzane do śródlądowych wód stojących	Ścieki odprowadzane do morza w ilości
				<5 m^3/d	>5 m^3/d	<2000		>2000 m^3/d do 2000 r	>2000 m^3/d po 2000 r		>2000 m^3/d do 2000 r	>2000 m^3/d po 2000 r
BZT5	gO2/m^3	-	30	30	30	1,5	15	30	15
Zawiesiny	g/m^3	50	50	50	30	30	25	50	30
N amonowy	gN/m^3	-	6	6	6	6	6	6	6
N azotanowy	gN/m^3	-	30	30	30	30	30	30	30
N ogólny	gN/m^3	-	30	30	30	30	30	30	30
P ogólny	gP/m^3	-	5	5	5	1,5	1	1,5	1,5

Przyczyny zanieczyszczenia wód:

• ścieki komunalne

• ścieki przemysłowe

• wody spływające systemami kanalizacji burzowej

• wody kopalniane- głównie wody dołowe w kopalniach i odkrywkach eksploatacyjnych węgla kamiennego, brunatnego, rud metali i innych surowców ze względu na zasolenie, wody kopalniane klasyfikowane są w Polsce w następujący sposób:

1. Klasa I- wody pitne o zawartości poniżej 0,6 g (Cl⁺+SO₄^2-)/dm³

2. Klasa II- wody przemysłowe o zawartości 0,6-1,8 (Cl⁺+SO₄^2-)/dm³

3. Klasa III- wody wymiernie zasolone o zawartości 1,8-42 (Cl⁺+SO₄^2-)/dm³

4. Klasa IV- solanki o zawartości powyżej 42 (Cl⁺+SO₄^2-)/dm³

• spływ powierzchniowy

• różnego rodzaju roboty budowlane

O chwilowej jakości wód płynących w danym przekroju decydują:

1. Sposób zagospodarowania zlewni

• ilość punktowych źródeł zanieczyszczeń odprowadzanych do wód powierzchniowych

• wielkość odprowadzanych ładunków

• spadki terenów i rodzaje gruntów występujących na obszarze zlewni

• procentowa struktura gruntów użytkowanych rolniczo

• wielkość nawożenia mineralnego i organicznego

• wielkość produkcji zwierzęcej

• stopień zalesienia

• stan czystości powietrza atmosferycznego

• Stan wody

• Topnienie pokrywy śniegowej

• Opady deszczu

• Kinetyka procesów samoczyszczenia

• Szybkość procesu biochemicznego rozkładu związków organicznych i utleniania mineralnych form azotu

• Szybkość dyfuzji tlenu atmosferycznego do toni wody

• Sedymentacja zawiesin na dno rzeki

• Sorpcja zanieczyszczeń na zawiesinach sedymentacyjnych

• Rozcieńczanie wód powierzchniowych w skutek zasilenia powierzchniowego lub podziemnego

Proces samoczyszczenia wody w rzece to biochemiczne przekształcenie związków organicznych w zwiazki proste, nieorganiczne przy współudziale mikroorganizmów, kosztem pobierania z wody i powietrza tlenu. Wyróżniamy 4 fazy samooczyszczania;

1. strefa wyczerpywania- rozpoczyna się bezpośrednio poniżej wylotu ścieków, następuje tu szybki proces zużywania tlenu przez mikroorganizmy, zmniejsza się tu przeźroczystość wody, a co się z tym wiąże słabnie usłonecznienie jej głębszych warstw, proces poboru tlenu przez wodę nie nadąża za jej zużyciem. W strefie tej zanikają glony, ryby o wysokich wymaganiach oraz skorupiaki, pojawiają się ryby bardziej tolerancyjne np. karp

2. strefa rozkładu- odznacza się prawie zupełnym zużyciem- rozpuszczonego w wodzie tlenu, pojawiają się mikroorganizmy beztlenowe, a produktem rozkładu staje się siarkowodór lub tez metan, woda ma nieprzyjemny zapach, zanika większość organizmów żywych w tym ryby.

3. Strefa wyzdrowotnienia ( poprawy) - proces poboru tlenu jest najintensywniejszy od jego zużycia, woda staje się mniej mętna, co dodatkowo przyśpiesza procesy natleniania, co z kolei sprzyja przyśpieszeniu mineralizacji materii organicznej, w okresach braku światła słonecznego następuje ograniczenie produkcji tlenu w procesie fotosyntezy, warunki tlenowe jeszcze okresowo mogą ulegać znacznemu pogorszeniu, pojawiają się ryby o niewielkich wymaganiach

D- Strefa wody czystej- powrotnie obserwuje się normalny rozwój organizmów wodnych z dużą intensywnością zachodzą procesy nitryfikacji i rozwijają się rośliny wodne, masowo mogą pojawiać się glony, co może powodować, że w warunkach silnego nasłonecznienia dochodzi do przesycenia wody tlenem, ryby o wysokich wymaganiach, powrót do stanu czystości nie oznacza powrotu do stanu pierwotnego, a to a przyczyną zwiększonej ilości materii mineralnej oraz materii wbudowanej w biomasę, materia ta w czasie obumierania i rozkładu biomasy może doprowadzić do wtórnej degradacji wody co można określić mianem samooczyszczania.

Wykład nr 3 ( 2.03.2006)

Miara zdolności wód płynących do samooczyszczenia jest współczynnik samooczyszczenia F

F=k₂/k₁

gdzie k₁- współczynnik prędkości biochemicznej, rozkładu substancji organicznej (biodegradacji)

k₂- współczynnik prędkości pobierania tlenu z atmosfery

Wartość współczynnika k₁można obliczyć na podstawie laboratoryjnych pomiarów BZT, natomiast wartość współczynnika k₂ można obliczyć znając parametry hydrauliczne koryta rzecznego, takie jak spadek, głębokość i prędkość przepływu wody.


dla rzek płytkich


dla rzek głębokich

Gdzie I- spadek rzeki

H_s- średnia głębokość rzeki w [m]

V_s- średnia prędkość płynięcia wody w [m/s]

W Polsce od dnia 11 lutego 2004 obowiązuje nowe rozporządzenie Ministra Środowiska dotyczące klasyfikacji stanów wód powierzchniowych, podziemnych, sposobu prowadzenia ich monitoringu, prezentacji stanów wód oraz interpretacji wyników.

Rozporządzenie określa:

1. Klasyfikacje dla prezentowania stanu

1. wód powierzchniowych

2. wód podziemnych

Wprowadza się klasyfikacje dla prezentowania stanów wód powierzchniowych obejmująca pięć klas jakości tych wód z uwzględnieniem kategorii jakości wody A1, A2, A3, określonych w przepisach w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia.

• Kategoria A1- woda wymagająca prostego uzdatnienia fizycznego w szczególności filtracji oraz dezynfekcji

• Kategoria A2- woda wymagająca typowego uzdatnienia fizycznego i chemicznego, w szczególności utleniania wstępnego, koagulacji, flokulacji, dekantacji, filtracji, dezynfekcji ( chlorowania końcowe)

• Kategoria A3- woda wymagająca wysokosprawnego uzdatnienia fizycznego i chemicznego, w szczególności utleniania, koagulacji, flokulacji, dekantacji, filtracji, absorpcji na węglu aktywnym, dezynfekcji (ozonowania, chlorowania końcowego)

Klasa 1- widy o bardzo dobrej jakości

1. Spełnia wymagania określane dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym dla kategorii A1

2. Wartości wskaźników jakości wody nie wskazuje na żadne oddziaływanie antropogeniczne

Klasa II-widy dobrej jakości

1. Spełniają w odniesieniu do większości wskaźników jakości wody wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym do kategorii A2

2. Wartości biologicznych wskaźników jakości wody wykazujący niewielki wpływ oddziaływań antropogenicznych

Klasa III- woda zadawalającej jakości

1. spełniają wymagania dotyczące wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym dla kategorii A2

2. wartości biologicznych wskaźników jakości wody wskazują umiarkowany wpływ oddziaływań antropogenicznych

Klasa IV- wody nie zadawalającej jakości

1. spełniają wymagania określane dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, w przypadku ich uzdatniania sposobem właściwym dla kategorii A3

2. wartości biologicznych wskaźników jakości wody wskazuje na skutek oddziaływań antropogenicznych, zmiany ilościowe i jakościowe w populacjach biologicznych

Klasa V- wody złej jakości

1. nie spełniają wymagań dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia

2. wartości biologiczne wskaźników jakości wody wykazują, na skutek oddziaływań antropogenicznych, zmiany polegające na zaniku występowania znacznej części populacji biologicznej.

Wykład nr 4 ( 9.03.2006)

Propozycja Europejskiej komisji ONZ

System uwzględnia dwa aspekty przekształceń ekosystemów wodnych, ekologiczne konsekwencji regulacji wód płynących oraz jakości wód

Parametry służące do oceny ekologicznych konsekwencji regulacji wód płynących są następujące:

1. zmienność przepływów rzeki, wyrażona w procentowym udziale zmian spowodowanych regulacją

2. sąsiedztwo zlewni, rzek nieregulowanych wyrażone w procentowym udziale długości działu wodnego danej rzeki, który stanowi równocześnie wododział sąsiedniej zlewni rzeki nieregulowanej

3. użytkowanie potencjału energetycznego wód, wyrażona w procentowym udziale wykorzystanej energii wodnej, w całości potencjału wód przy średnim przepływie

4. obecność roślin wyższych wyrażona w procentowym udziale zidentyfikowanych roślin naczyniowych w ogólnej liczbie gatunków, właściwych dla zlewni naturalnych

5. Obecność glonów piaskowych wyrażona w procentowym udziale stwierdzonych gatunków w liczbie gatunków właściwych dla zlewni naturalnej

6. Pokrycie strefy litoralu roślinnością, wyrażone procentowym udziałem zwartej powierzchni porośniętej roślinnością, w ogólnej powierzchni zwartej miedzy zasięgiem wysokiej i niskiej wody w strefie trasy zalewowej

7. Obecność roślin o krótkim cyklu życiowym, wyrażone w procentowym ich udziale w ogólnej liczbie gatunków występujących w strefie brzegowej

Parametr	Klasa wód
		I	II	III	IV	V
A	<10	10-20	20-30	30-40	>40
B	80-100	60-80	40-60	20-40	<20
C	<10	10-40	40-60	60-75	>75
D	90-100	80-90	70-80	60-70	<60
E	>80	75-80	70-75	60-70	<60
F	50-100	25-50	10-25	5-10	<5
G	0-5	5-10	10-15	15-25	>25

Nasycenie się tlenem powierzchni wodnej (regeneracja) dla różnego rodzaju wód przy różnym stanie ich nasyceni8a w [gO₂/m²⋅d]

Rodzaj wód	Współczynnik samoczyszczenia przy 20^oC f=k2/k1	Współczynnik reaeracji w kg O2/[m^2⋅d] Dla stopnia nasycenia wody tlenem
				100%	80%	60%	40%	20%	0%
Małe stawy	0,5-1,0	0	0,3	0,6	0,9	1,2	1,5
Duże jeziora	1,0-1,5	0	1	1,9	2,9	3,8	4,8
Rzeki o powolnym prądzie	1,5-2,0	0	1,3	2,7	4,0	5,4	6,7
Duże rzeki	2-3	0	1,9	3,8	5,8	7,6	9,6
Rzeki o szybkim prądzie	3-5	0	3,1	6,2	9,3	12,4	15,5
Potoki górskie z Kaskadami	5-,25	0	96	19,2	28,6	38,4	48,0

Wartości w rubrykach uszeregowano wg. rosnącego współczynnika samoczyszczenia - f

Śródlądowe wody płynące

Sukcesja heterotroficzna- rozwój specyficznych organizmów heterotroficznych w zależności od ilości związków organicznych w wodzie i powstałych warunków środowiskowych. Intensywność rozkładu związków organicznych w wodach nosi nazwę SAPROBOWOŚCI lub SAPROPII. Najczęściej wyróżnia się 4 podstawowe strefy saprobowe:

I- strefa polisaprobowa lub strefa redukcyjnego rozkładu związków organicznych

II- strefa α- mezosaprobowej lub strefa redukcyjno- oksydacyjna

III- strefa β- mezosaprobowej lub strefa kończącej się mineralizacji

IV- strefa oligosaprobowa lub strefa odnowy

Jezior- to naturalne zagłębienie terenu tzw misa jeziorna wypełniona wodą

W obrębie misy jeziornej wyróżnić można następujące elementy morfologiczne;

• strefa przybrzeżna (litoral) wyróżnia się tutaj: klif, pobrzeże, mieliznę brzegową i odsypisko

• strefa stoku

• zagłębienie śródjeziorne

Część toni wodnej do której dociera promieniowanie słoneczne to epipelagial mroczna część to betypelagial lub profundal.

W celu opisywania mis jeziornych stosuje się liczne parametry i wskaźniki:

• powierzchnia zwierciadła wody

• długość i szerokość jeziora

• długość linii brzegowej

• wskaźnik wydłużenia jeziora

• wskaźnik rozwinięcia linii brzegowej

• głębokość średnia i maksymalna

• głębokość względna

• wskaźnik głębokości

Charakterystyczną cechą jezior jest termiczne uwarstwienie (stratyfikacja) wypełniających je wód. Polega ona na pionowym zróżnicowaniu ich temperatury oraz na odmiennej w poszczególnych strefach głębokościach, zmienności jej wahań

Jezioro dimiktyczne- pionowa wymiana wody w całej misie jeziornej, zachodzi 2 razy w ciagu roku.

W warunkach klimatu umiarkowanego, wyróżnić można cztery okresy cyrkulacji wody: okres cyrkulacji wiosennej, okres stagnacji letniej, okres cyrkulacji jesiennej i okres stagnacji zimowej

Epilimnion- górna ciepła strefa wody o miąższości od kilku do kilkunastu metrów

Metalimnion (termoklina)- pośrednia strefa gwałtownego spadku temperatury

Hipolimnion- strefa dolna wód zimnych

Głębokość kompensacyjna- produkcja tlenu pochodzącego z fotosyntezy jest równoznaczna z jego zużyciem przez biocenozę


Stratyfikacja termiczna i miksja jezior w strefie klimatu umiarkowanego

Śródlądowe wody stojące

Trofia- intensywność procesów syntezy substancji organicznej prze organizmy fotolitotroficzne (sinice, glony, rośliny wyższe)

Produkcja pierwotna- przyrost masy organicznej w wyniku rozwoju organizmów autotroficznych

Produkcja wtórna- różnica pomiędzy ładunkiem substancji organicznych pobranych i wydalonych do środowiska

W każdym ekosystemie wodnym powstaje specyficzny stosunek pomiędzy produkcją pierwotną i wtórną. Możliwe są trzy podstawowe przypadki:

- produkcja pierwotna=produkcji wtórnej

- Produkcja wtórna jest > od produkcji pierwotnej

- Produkcja pierwotna jest > od produkcji wtórnej

Charakterystyka trzech głównych typów jezior strefy umiarkowanej

Cechy	Jeziora o wodzie czystej		Jeziora o wodzie brudnej
		Typ eutroficzny	Typ oligotroficzny	Typ dystroficzny
Występowanie	Głównie w rejonie przybałtyckim i na niżu środkowo- europejskim	Głównie w rejonie alpejskim m.in w tatrach	Głównie w krajach skandynawskich
Morfologia	Jeziora płytkie z silnie rozwiniętą strefą przybrzeżna	Jeziora głębsze z wąska strefą przybrzeżną	Głębokość różna występują w sąsiedztwie torfowiska
Barwa wody	Zielona lub żółto-zielona, częste zakwity glonów	Niebieska lub zielonkawa zakwity nie występują	Żółta lub brunatna, zakwitu brak
Przeźroczystość	mała	duża	mała
Chemizm : - sole pokarmowe - wapń -sub. humusowe	dużo zwykle dużo zwykle brak	mało zmiana ilości brak	mało b.mało b. dużo
Zawartość tlenu	Przy dnie mało lub brak, występują procesy gnilne	Nie brak tlenu przy dnie, brak procesów gnilnych	Przy dnie brak tlenu, występują procesy gnilne
Osady denne	Bogate w sub. organiczne, zagniwające	Ubogie w sub organiczne, nie zagniwające	Bogate w substancje humusowe
Stan rozwoju	Wiek dojrzały	Wiek młody	Wiek dojrzały
Dalszy rozwój	Przechodzi w staw, bagno, torfowisko niskie	Przechodzi w jezioro eutroficzne	Przechodzi w torfowisko wysokie

Klasyfikacja stanu troficznego jezior na podstawie zawartości fosforu całkowitego i azotu nieorganicznego

Stan troficzny jezior	P całkowity μg/dm^3	N nieorganiczny μg/dm^3
Ultraoligotroficzny	<5	<200
Oligotroficzny	5-10	200-400
Mezotroficzny	10-30	300-650
Eutroficzny	30-100	500-1500
hypertroficzny	>100	>1500

Dopuszczalne i krytyczne ładunki P całkowitego i N całkowitego dla jezior o różniej głębokości w g/m²·rok^-1

średnia głębokość do...[m]	Ładunek dopuszczalny do		Ładunek krytyczny do..
		P	N	P	N
5	0,07	1,0	0,13	2,0
10	0,01	1,5	0,2	3,0
50	0,25	4,0	0,5	8,0
100	0,04	6,0	0,8	12,0
150	0,05	7,5	1,0	15,0
200	0,00	9,0	1,2	18,0

Wskaźniki podatności jezior na degradacje

Wskaźnik	Kategoria podatności jeziora
		I	II	III
Głębokość średnia (m)	≥10	≥5	≥3
V jeziora (tyś m^3) L jeziora (m)	≥4,0	≥2,0	≥0,8
% stratyfikacji wód	≥35	≥20	≥10
P dna czynnego [m^2] V epilimnionu	≤0,10	≤0,15	≤0,30
% wymiany wody w roku	≤30	≤200	≤1000
Współczynnik Schindla P zlewni + P jeziora [m^2] V jeziora [m^3]	≤2	≤10	≤50
Sposób zagospodarowania zlewni bezpośredniej; w % jej powierzchni	≥60% lasów	< 60% lasów < 60% gr ornych	≥50% gr ornych

Średnia głębokość- najważniejszy parametr decydujący o jakości wody. Od tego parametru zależy stosunek masy znajdującej się w epilimnionie do masy zawartej w hypolimnionie (części chłodnej). Ma to związek z trofią wody zmagazynowanej w jeziorze.

Stosunek objętości jeziora do długości jego linii brzegowej- Parametr ten określa kontakt jeziora z otaczającym terenem oraz masy wody do której docierają zanieczyszczenia z zewnątrz. Większa wartość tego ilorazu charakteryzuje większą odporność jeziora na spływ z przylegającego do niego terenu

Proces stratyfikacji wód - określa udział hypolimnionu w całej objętości jeziora, wskazuje na produktywność jezior, większy udział hypolimnionu świadczy o mniejszej produktywności ale jednocześnie o wyższej klasie jakości wód

P/V -to stosunek powierzchni dna czynnego (leżącego w zasięgu epilimnionu) do objętości epilimnionu, obrazuje wewnętrzne wzbogacenie jeziora z osadów dennych, leżących w zasięgu tej warstwy wody uwidaczniając tym samym wpływ strefy litoralnej przybrzeżnej jeziora na całe jezioro

% wymiany wody w roku- rzutuje na obieg materii w zbiorniku i jakości wód. Jest to stosunek odpływu wody z jeziora do jego pojemności

Współczynnik Schindla- to iloraz sumy powierzchni zlewni i jeziora do objętości jeziora. Jest to najlepszy wskaźnik wpływu zlewni na jezioro

Sposób zagospodarowania zlewni bezpośredniej; w % jej powierzchni- Określa % udziału w tejże zlewni gruntów użytkowanych rolniczo oraz lasów oraz oddziałujący na wzrost substancji bagiennych lub na ochronę jeziora

Wykład nr 5 ( 16.03.2006)

Ocena zanieczyszczeń wód:

Metoda miarodajna- polega na sporządzeniu profili hydrochemicznych służących do ustalenia miarodajnego stopnia zanieczyszczenia wody, który jest stanem hipotetycznym, gdyż odnosi się do miarodajnego przepływu, który według obowiązującego w Polsce prawa wodnego jest przepływem średnim niskim zwanym SNQ, miarodajne wartości wskaźników zanieczyszczeń wyznaczane są ze związków między stężeniami poszczególnych wskaźników i natężenia przepływu, które otrzymuje się z wyników periodycznych badań wody i systematycznych pomiarów stanów i przepływów w przekrojach pomiarowo- kontrolnych

Przekroje lokalizuje się:

• Powyżej i poniżej źródeł zanieczyszczeń

• Powyżej i poniżej dopływów bocznych wpływających istotnie na poziom czystości rzeki głównej

• W obrębie budowli piętrzących

Metoda statystyczna- polega na zastosowaniu metody gwarantowanych stężeń zanieczyszczeń. Stosuje się tutaj metodę Nesmeraka, wg której sposób obliczeń polega na odpowiednim uszeregowaniu wartości pomierzonych, a następnie przyporządkowaniu im empirycznego prawdopodobieństwa. Wyniki ostatniej klasyfikacji statystycznej wód oparte są na 90% prawdopodobieństwie nieprzekraczalności pomierzonych wartości stężeń zanieczyszczeń.

Sumaryczny indeks jakości wody- IJW

Parametry które są potrzebne do jego wyznaczenia podzielono na 2 grupy:

• Parametry podstawowe (uwzględniane zawsze)

• BZT₅

• Zawiesina ogólna

• Fosforany

• Azot amonowy

• ChZT_Mn

• Tlen rozpuszczony

• Parametry dodatkowe (uwzględniane w razie potrzeby)

• Żelazo

• Fenole

• pH

• Siarczany

• Chlorki

• ChZT_Cr

• Azot azotanowy

• Ołów

• Rtęć

• Miedź

• Chrom

• Cynk

• Kadm

• Nikiel

• Cyjanki

Wielka Brytania

1. Ocenie podlegają rzeki i ich odcinki o nizówkowym przepływie powyżej 1 mln galonów na dobę, co odpowiada natężeniu przepływu około 0,05 m³/s.

2. Oceniane odcinki rzek są ograniczone ujściami ich dopływów lub mają początek w miejscu zrzutu zanieczyszczeń.

3. Ocenie rzeki opiera się na wynikach pomiarów stężenia rozpuszczalnego tlenu pięciodniowego zapotrzebowania na tlen, oraz azotu amonowego. Na podstawie danych z wielokrotnie powtarzanych pomiarów ustala się wartości stężeń o prawdopodobieństwie występowania: w przypadku BZT₅ i N-NH₄-90% a w przypadku O₂- 10%

4. Klasa jakości przypisana danemu odcinkowi rzeki odpowiada najniżej (najgorzej) klasie ustalonej oddzielnie dla każdego parametru

Propozycja Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ

• System uwzględnia da aspekty przekształceń ekosystemów wodnych, ekologiczne konsekwencje regulacji wód płynących oraz jakości wód

Wykład nr 6 ( 23.03.2006)

Wody podziemne

Źródła zanieczyszczeń wód podziemnych zwane są ogniskami zanieczyszczeń

• ogólnie można je podzielić na ogniska związane i nie związane ze składowaniem odpadów

• napływ słonych wód głębinowych do środowiska wód słodkich

• ingresja zasolonych wód morskich w obręb słodkowodnych zbiorników wód podziemnych

• ogniska zanieczyszczeń dzieli się na : punktowe, liniowe małopowierzchniowe, wielkoobszarowe

• ogniska związane ze składowaniem odpadów to przede wszystkim : wysypiska odpadów komunalnych, hałdy górnicze, składowiska popiołów lotnych i żużli z elektrowni, hutnictwa żelaza i metali nieżelaznych, rozlewiska odpadów płynnych, systemy gromadzące ścieki (np szamba), składowiska odpadów radioaktywnych, osadniki, studnie iniekcyjne wprowadzające zanieczyszczone wody do podziemia.

• przyczyny nie związane ze składowiskiem odpadów, a mogące powodować zanieczyszczenia wód to: opuszczone studnie ułatwiające przedostanie się różnorodnych zanieczyszczeń do podziemia, środki chemiczne i nawozy stosowane w rolnictwie, środki stosowane do odlodzenia dróg, eksploatacja ropy naftowej, zanieczyszczone opady atmosferyczne, opad pyłów przemysłowych

• pogorszenie jakości może nastąpić także w wyniku przemian hydrogeochemicznych w środowisku skalnych, a w szczególnie w strefie osuszonej, w następstwie obniżenia zwierciadła wody. Następuje wtedy proces utlenienia związków siarki i substancji organicznych, które w warunkach naturalnych występowałyby poniżej zwierciadła wody. Utworzone w wyniku utleniania kwasy mineralne powodują wymywanie żelaza i manganu. Wzrasta mineralizacja wody i stężenie siarczanów.

Uwarunkowania geologicznej podatności wód podziemnych na zanieczyszczenia pochodzące z powierzchni ziemi

• głębokość zwierciadła wód podziemnych

• stopień jego izolacji zwierciadła

Transport zanieczyszczeń w środowisku wód podziemnych

DYFUZJA MOLEKULARNA- jest procesem w trakcie którego, cząstki związków chemicznych rozpuszczonych w wodzie przemieszczają się od obszarów o wyższym stężeniu do obszarów o stężeniu niższym. W środowisku skalnym wartość współczynnika dyfuzji jest mniejsza niż w zbiorniku otwartym, co wynika z dłuższej drogi transportu substancji w skałach porowych. Dyfuzja molekularna ma duże znaczenie zwłaszcza tam gdzie ruch wody podziemnej jest bardzo powolny.

ADWEKCJA (NAPŁYW)- napływ zanieczyszczeń jest procesem związanym z ruchem wód podziemnych. Im większa prędkość ruchu wód podziemnych tym szybka adwekcja zanieczyszczeń. Adwekcja jest podstawowym rodzajem transportu zanieczyszczeń w środowisku podziemnym

DYSPERSJA- polega na rozprzestrzenianiu i mieszaniu wód zanieczyszczonych z wodami czystymi. Główną przyczyną mieszanie są różnice prędkości ruchu wody

W wodach podziemnych zachodzą procesy podobne do tych, które zachodzą w wodach powierzchniowych a wiec: wytrącanie, sorpcja, wymiana jonowa, neutralizacja, utlenianie i redukcja oraz biodegradacja. Wynikiem ich oddziaływania jest opóźnienie rozchodzenia się zanieczyszczeń - RETARDACJA oraz stopniowe zmniejszenie stężeń.

Przemiany fizyczno-chemiczne w wodach podziemnych

• przemiany związków chemicznych

• neutralizacja (buforowanie)

• wytrącanie i rozpuszczanie

• sorpcja i wymiana jonowa

• utlenianie i redukcja

• procesy biochemiczne

Metody oceny podatności wód podziemnych na zanieczyszczenie:

• metoda Le Granda służąca do oceny zbiorników wód podziemnych w aluwiach pozbawionych nieprzepuszczalnego nadkładu, zagrożonych przez składowiska odpadów, czynnikami wpływającymi w tej metodzie na podatność zbiornika na zanieczyszczenie są : głębokość do zwierciadła, zdolności sorpcyjne utwory strefy aeracji, przepuszczalność utworów, spadki zwierciadła wód podziemnych, kierunek przepływu wód (w kierunku źródła zanieczyszczeń lub odwrotnie) oraz pozioma odległość zbiornika od źródła zanieczyszczenia

Klasy zagrożenia wód podziemnych w obszarach rolniczych oraz z zakresem ograniczeń w stosowaniu środków ochrony roślin

Klasa zagrożenia	Zakres ograniczeń w nawożeniu i stosowaniu środków ochrony roślin
A1-0 Bardzo silnie zagrożone	Tereny wymagające bardzo dużo ograniczeń. Szybka migracja konsekwentnych substancji chemicznych przez profil glebowych. Czas dotarcia do zwierciadła wód podziemnych poniżej 2 lat 0- słabe zdolności sorpcyjne gleb ( gleby lekkie i bardzo lekkie). Najczęstsze kompleksy rolniczej przydatności gleb: żytni dobry (5) i słaby (6) oraz 7,9,2z i 3z
A1-S Bardzo silnie zagrożone	Tereny wymagające dużych ograniczeń. Szybka migracja konserwatywnych substancji chemicznych. S- podwyższone zdolności sorpcyjne gleb ( gleby średnie i ciężkie). Najczęstsze kompleksy rolniczej przydatności gleb : pszenny (1,2,3) żytni bardzo dobry (4) oraz 8 i 12
A2 silnie Zagrożenie	Tereny wymagające średnich ograniczeń. Migracja konserwatywnych substancji chemicznych : od 2-do 5 lat
B średnie zagrożenie	Tereby wymagające małych ograniczeń. Migracja konsekwentnych substancji chemicznych : od 5 do 25 lat.

Klasy obszarów rolniczych o różniej odporności wód podziemnych na zanieczyszczenie w zależności od rodzaju gleb i głębokości zwierciadła wód podziemnych

Głębokość do Zwierciadła wody	Rodzaj gleb
		Lekkie i b. lekkie o zaw. frakcji <0,02 mm poniżej 20%	Średnie i średnio ciężkie o zaw. frakcji <0,02 mm poniżej 20%
<5	I	II
>5	III	IV

Wykład nr 7 (30.03.06)

Stabilizacja osadów i zmniejszenie ich objętości (egzem)

Zagęszczanie wstępne- pozwala na znaczne zmniejszenie objętości osadu. W konsekwencji wpływa to w istotny sposób na efektywność, obniżenie objętości osadu oraz obniżenie kosztów dalszych etapów ich przeróbki. Dotyczy to szczególnie osadów biologicznych nadmiernych, trudno odwadniających. Stosowano zagęszczenie grawitacyjne, z reguły osadów mieszanych. Zwiększenie skuteczności tego procesu można uzyskać poprzez rozdzielanie zagęszczanie osadu wstępnego i nadmiernego z zastosowaniem urządzeń mechanicznych di zagęszczenia osadu nadmiernego. Pozwala to na zwiększenie w krótkim czasie jego suchej masy do 6-8%. Tak wiec z zagęszczaniem grawitacyjnym uzyskuje się dwu- pięciokrotne zmniejszenie objętości osadu. Umożliwia to z kolei zmniejszenie objętości komór fermentacyjnych lub - w istniejących obiektach- wydłużenie czasu stabilizacji, a także zastosowanie do odwadniania urządzeń o mniejszej wydajności

Stabilizacja osadów- w zależności od wielkości oczyszczalni i technologii oczyszczanie ścieków może być prowadzona na drodze fermentacji lub stabilizacji tlenowej, w wyniku tych procesów powinno się uzyskać osady nie zagniwające, nie wydzielające nieprzyjemnych zapachów, a pozostałe w nich substancje organiczne nie powinny ulegać dalszemu, gwałtownemu rozkładowi. Jednak w wielu przypadkach osady po fermentacji czy stabilizacji tlenowej nie charakteryzują się tymi właściwościami, gdyż nie są w dostatecznym stopniu ustabilizowane.

W przypadku fermentacji wynikać to może z:

- zbyt krótkiego czasu zatrzymania w komorach osadu o dużym uwodnieniu

- niepełnego wykorzystania pojemności czynnej komory na skutek niedostatecznego mieszania osadu

- niewłaściwego zasilania komór

- zbyt niskiej temperatury procesu

W nowo budowanych oczyszczalniach sprawność i efektywność zwiększa się przez:

• Efektywne zagęszczenie osadu poddawanego fermentacji

• Zwiększenie częstotliwości i sposobu zasilania komór polegającego na łączeniu osadu wstępnego i wtórnego przed samym wprowadzeniem do komory fermentacyjnej

• Utrzymanie temperatury procesu w granicach 33-37^oC i czasu fermentacji 20-25 dni

• Stosowanie do mieszania zawartości komór, obok pomp, mieszadeł mechanicznych

Odwadnianie osadów- w warunkach naturalnych coraz częściej ustępuje miejsca odwodnieniu za pomocą urządzeń mechanicznych. Stopień odwodnienia osadu zależy od jego rodzaju, dawki polielektrolitu stosowanego do kondycjonowania, a także rodzaju stosowanych urządzeń. Osady po stabilizacji tlenowej charakteryzują się gorszymi właściwościami filtracyjnymi w porównaniu z osadami przefermentowanymi. Odwadnianie tych osadów na prasach taśmowych czy wirówkach przy stosowaniu dużych dawek polielektrolitów (250-350 g/m³) pozwala na osiągnięcie zawartości suchej masy w granicach 18-25 %. W osadach przefermentowanych odwadnianych na tych samych urządzeniach , z niższymi dawkami polielektrolitów, można uzyskać stężenie suchej masy w granicach 25-30% a nawet więcej.

W ciągu ostatnich lat liczba oczyszczalni w których instalowane są wirówki czy prasy taśmowe znacznie wzrosła. Okazało się jednak, że efekty odwadniania osadów są w wielu przypadkach niedostateczne. Na 10 analizowanych oczyszczalni w 7 zawartość suchej masy w odwodnionych osadach nadmiernych była znacznie niższa od 20%. Jedynie w oczyszczalni, w której osad poddawany był fermentacji i odwadnianiu w wirówce stężenie suchej masy było na poziomie 30% .

Przyczyną tak małego stopnia odwodnienia może być:

• Niepełne ustabilizowane osadu

• Niedostateczne zagęszczenia osadu przed odwodnieniem

• Zbyt małe dawki polielektrolitu lub niewłaściwy ich dobór

• Niewłaściwy dobór urządzeń lub jego przeciążenie

Podkreślić przy tym należy, że osady stabilizowane tlenowo mają tendencje do rozpływania, łatwo pobierają wodę w okresie składowania na terenie oczyszczalni przyjmując postać żelu, a ubytek w nich wody jest nieznaczny

WODY MORSKIE

Bałtyk jest morzem szczególnie narażonym na zanieczyszczenia z wód powierzchniowych do niego spływających, gdyż jest morzem źródłowym o stosunkowo małej objętości a wymiana wód z morzem Północnym jest utrudniona

Różnica gęstości wody morskiej i wód dopływających do morza jest przyczyną przemieszczania się zanieczyszczeń w morzu. Wody morskie są bardziej zasolone zimniejsze od ścieków (rzek) do nich dopływających, przez co są od nich cięższe.

Estuarium- to obszar wodny ujścia rzek, gdzie następuje wzajemne przenikanie wód słodkich i przybrzeżnych wód morskich

Przybrzeżne wody morskie- to obszar morza charakteryzujący się mała głębokością. Stanowi on najbardziej zewnętrzną granicę estuarium. Oprócz zasolenie w procesach biochemicznych w morzu decyduje

• Stan morza

• Prądy morskie

• W przypadku Bałtyku wielkość wylewów wód silnie zasolonych pochodzących z morza Północnego

• Zawartość substancji biogennych w osadach zalęgających na dnie morskich oraz w wodzie.

Odmienne skutki wywołuje eutrofizacja wód otwartego Bałtyku ze względu na skład jonowy na otwartym morzu nie obserwuje się zakwitu sinic. Wzrost trofii powoduje wzrost liczebności okrzemek

Pustynie bentosowe- strefy odtlenianie, zatrute siarkowodorem, w głębinach morskich. Zajmują one już około 30% powierzchni Bałtyku właściwego- zagraża to rybołówstwu , głownie dorsza, który do rozrodu potrzebuje wód silnie zasolonych i natlenionych na głębokości 60 metrów.

Wykład nr 8 (06.04.06)

Przystosowanie osadów do wykorzystania

SUSZENIE-prowadzi do znacznego zmniejszenia objętości osadów. Po tym procesie zawartość suchej masy w osadach wzrasta do ok. 90%. Osad może być suszony w wysokich temperaturach, zwykle w granicy 50-920^oC, w tzw suszarkach termicznych lub zimnym powietrzem. Osad poddawany suszeniu powinien być w wysokim stopniu odwodniony do zawartości suchej masy ok. 40%. Sposoby zagospodarowania osadu wysuszonego mogą być różne. Może być on bowiem wykorzystywany przyrodniczo lub do celów energetycznych czy budowlanych. Osad w tej postaci jest również chętniej przyjmowany na wysypiskach komunalnych, nie mówiąc już o znacznie niższych kosztach jego transportu czy składowania.

WAPNIOWANIE-które coraz częściej stosowane jest w krajowych oczyszczalniach, ma na celu przede wszystkim higienizację osadu, a także jako dostabilizowanie. Nie zawsze proces ten jest dostatecznie efektywny. Zbyt małą dawka wapnia nie niszczy całkowicie jej helmintów. Konieczny jest wiec odpowiedni dobór wapnia ( najlepiej palonego) jego dawki, a także kontrola osadu wapnowanego. Skuteczna dawka wapnia wynosi 50% suchej masy osadu. Dodatek wapna powoduje więc wzrost masy osadu. Podczas tego procesu, w wyniku uwalniania amoniaku, mogą powstawać nieprzyjemne zapachy

Mieszanki osadowo- wapienne- charakteryzują się wysokim pH i w porównaniem z osadem zawierają mniej substancji organicznych, a także biogennych, szczególnie azotu. Nie mniej jednak stosowanie mieszanek wapienno- osadowych na glebach kwaśnych powoduje wzrost plonów, bowiem wapń jest mikroelementem niezbędnym dla prawidłowego wzrostu roślin.

KOMPOSTOWANIE-polega na przetwarzaniu osadu na nawóz na drodze tlenowego, biologicznego rozkładu związków organicznych. Osad przed kompostowaniem mieszany jest z tzw. Materiałem wypełniającymi, którym może być kora drzew, trociny, słoma. Udział tych materiałów w zależności od rodzaju osadu może zmieniać się w granicach 10-30%, a nawet osiągać 50%. Wymagana jest odpowiednia wilgotność masy kompostowej (40-701%), temperatura procesu osiąga 70-75^oC, co umożliwia jednoczesna higienizację osadu. Proces kompostowania może być realizowany w systemie otwartym (system pryzmowy) lub zamkniętym, z oczyszczaniem gazów odlotowych (system kontenerowy). Aczkolwiek proces kompostowania prowadzony w systemie zamkniętym jest krótkotrwały (72 godziny w porównaniu z 3-4 miesiącami w systemie otwarty,) i bardziej efektywny to jednak koszt urządzeń i ich eksploatacja jest droga. Należy jednak zwrócić uwagę, że kompostowanie osadu, nie jest sposobem rozpowszechniony na świecie. Stosowany jest dla niewielkiego procentu wytwarzanych rocznie osadów.

AGROTECHNICZNE PRZETWARZANIE OSADÓW- prowadzi miedzy innymi do uzyskania kompostu roślinnego lub roślinno osadowego. Uprawę roślin przeznaczonych na kompost prowadzi się na podłożu osadowym przez wiele lat, na wyznaczonym gruncie. Masa zielona jest sukcesywnie zbierana i poddawana kompostowaniu. Magazynowany na podłożu osad, po uzyskaniu warstwy 30-50 cm, może być także wykorzystywane. Kompost osadowo roślinny uzyskuje się na drodze przetwarzania osadu z udziałem żywych i martwych roślin. Uprawa na podłożu osadowym oraz łączne kompostowanie masy roślinnej z depozytem osadowym może być realizowana w lagunach , na poletkach osadowych, lub na specjalnych, przeznaczonych do tego celu kwaterach. Do agrotechnicznego przetwarzania mogą być stosowane zarówno osady odwodnione jak i płynne

Wykład nr 9 ( 27.04.2006)

Sorpcja- nazywamy zdolność gleby do pochłaniania i zatrzymywania gazów i par z powietrza, drobin lub jonów z roztworów, cząstek stałych z zawiesin a nawet drobnoustrojów.

Rodzaje sorpcji:




Sorpcja mechaniczna- jest to mechaniczne zatrzymywanie głównie zawiesin lub mikroorganizmów w przestworach wewnątrz-glebowych- głównie w porach kapilarnych. Sorpcja ta zależy od składu granulometrycznego oraz struktury gleby, i na ogół jest tym większa, im większa ilość najdrobniejszych frakcji posiada gleba.

Sorpcja fizyczna- jest to zdolność fazy stałej gleby do zagęszczania na swej powierzchni gazów i par oraz całych molekuł i zawiesin. Z roztworów glebowych mogą być pochłaniane fizycznie wyłącznie związki nie dysocjujące. Substancje dysocjujące są sortowane wymiennie. Sorpcja fizyczna warunkowana jest głównie słabymi siłami elektrostatycznymi, które występują miedzy wszystkimi przylegającymi siłami (siła Van der Walsa)

Sorpcja chemiczna-to zatrzymywanie nierozpuszczalnych soli powstających w wyniku reakcji pomiędzy jonami, zawartymi w roztworze glebowym lub reakcji odbywających się na powierzchni kompleksu sorpcyjnego. Największe znaczenie ma ona dla aminów, kwasu fosforowego, węglowego i siarkowego

Sorpcja biologiczna- jest to pobieranie różnych składników mineralnych gleby przez organizmy żywe głównie rośliny wyższe i drobnoustroje. Składniki te przetworzone na materie organiczną utrzymywane są w górnych warstwach gleby. Po obumarciu roślin czy mikroorganizmów następuje ich rozkład, w wyniku którego „unieruchomione” uprzednio składniki mineralne są uwalniane i ponownie mogą być pobierane przez organizmy żywe. Ten rodzaj sorpcji ma szczególne znaczenie w zatrzymywaniu jonów NO₃^- , który nie jest sorbowany w glebie żadną inna sorpcją i może łatwo ulec wypłukaniu do głębszych warstw gleby i być stracony dla roślin.

Prędkość wsiąkania

a)



m_i- miąższości kolejnej warstwy w profilu gruntowych [m]

w_i- przeciętna względna wilgotność objętościowa kolejnych warstw profilu gruntowego.

ω- obciążenie hydrauliczne powierzchni, uwzględniający średni roczny opad atmosferyczny i roczna dawkę polewową ścieków [m³/m³·d]

Iinf- wskaźnik infiltracji, który można orientacyjnie przyjmować do gleb piaszczystych za równy 0,20, lessów 0,133, iłów i iłów pylastych 0,083

b)



n_o- porowatość aktywna gruntu

ω- obciążenie hydrauliczne powierzchni ściekami [m³/m²·d]

k_f- współczynniki filtracji strefy aeracji [m/d]

Ważniejsze procesy jednostkowe

1. Strefa aeracji

1. dopływ ścieków

• sedymentacja

• filtracja

• koagulacja

• hydroliza związków organicznych

• utlenianie związków organicznych

• rozprowadzanie równomierne ścieków

• sorpcja związków organicznych

2. warstwa zakolmatowana.

• Cedzenie

• Koagulacja

• Filtracja

• Utlenianie związków organicznych

• Sorpcja związków organicznych

1. warstwa wymywania

• utlenianie związków organicznych

• nitryfikacja

• sorpcja związków organicznych

1. warstwa utleniania materii organicznej

• utlenienie związków organicznych

• nitryfikacja

• strącanie związków fosforu

• sorpcja związków organicznych

2. Strefa saturacji

Następuje tu strącanie związków organicznych

(EGZAMIN)

W rolniczym wykorzystaniu ścieków maja zastosowanie głównie nawodnienia użyźniające i oczyszczające.

Nawodnienia użyźniające wodą ściekową dostarczają do gleby o małej żyzności związki odżywcze dla roślin, ewentualnie przyczyniają się do wytworzenia nowej warstwy gleby na nieodpowiednim lub mało przydatnym dla rolnictwa podłożu.

Zadaniem nawodnień oczyszczających jest oczyszczanie ścieków miejskich i przemysłowych w glebie, najczęściej z jednoczesnym ich rolniczym wykorzystaniem do nawożenia i zwilżenia gleby.

Przy projektowaniu systemów nawodnienia i rozrządu ścieków rozpatrujemy takie czynniki jak:

- rodzaj użytków i roślin ujętych w planie urządzeniowym gospodarstwa bądz zespołu gospodarstw

- wymagania sanitarne

- rodzaje gleb

- warunki klimatyczne

- warunki hydrologiczne

- ukształtowanie terenu

- wymagania użytkowników

- koszty inwestycyjne i eksploatacyjne

(EGZAMIN)

Nawodnienia stosowane w rolniczym wykorzystaniu scieków

Grupa	Typ	System zalewu	odmiana i forma
nawodnienia nadpowierzchniowe	zalewowe	regulowane	zalewy stojące i przepływowe z wykorzystaniem zrzutów
		nasiąkowe	stokowe: -jednospadowe -grzbietowe - rowów rozlewowych - smużne	stoki wyrównane lub formowane; formy bezrzutowe lub z wykorzystaniem zrzutów
				bruzdowe, zasilanie: - z sieci otwartej - z rurociągów	z siecią rozdzielczą czasową automatycznie sterowane z aparatami dalekiego zasięgu
			deszczowniane	stałe	nie zautomatyzowane i automatycznie, terenowe z aparatami dalekiego zasięgu
				ruchome	Przetaczanie, przeciąganie i samobieżne z aparatami średniego i dalekiego zasięgu
				półstałe	Kombinacje elementów systemu stałego i ruchomego
Podpowierzchniowe	Przesiąkowe Wgłębne	bezciśnieniowy	Drenaż rozsączający

Wykład nr 10 (11.05.06)

Dzięki zdolności samooczyszczenia się gleb, może być ona wykorzystywana jako odbiornik ścieków, osadów ściekowych oraz odpadków z osiedli. Przy odpowiednim dozowaniu i przy zachowaniu wymagań sanitarnych, rozwiązanie takie jest celowe i całkowicie uzasadnione z gospodarczego punktu widzenia, ponieważ sprzyja zwiększeniu się plonów.

Istnieje szereg sposobów wykorzystania gleby jako odbiornika odprowadzonych substancji organicznych, a mianowicie

1. dla ścieków z osiedli

• filtry gruntowe

• pole nawadniania (filtracyjne)

• pola nawadniania dla celów rolniczych

• filtracja podziemna z drenażu (dla dopływów z osadników)

2. dla przefermentowanych osadów ze ścieków miejskich

• nawożenie pól i łąk

• dla półpłynnych osadów z osiedli (fekalia, pomyje)

• pola asenizacyjne

4. dla odpadów stałych z osiedli

• zakopywanie

• nawożenie odpadkami przerobionymi biotermicznie

Ogólnie przyjąć można jako zasadę, że substancje organiczne przeznaczone do zmineralizowania w glebie powinny być ulokowane w płytkiej dobrze napowietrzonej warstwie gleby, gdyż jedynie w tej warstwie mogą żyć bakterie tlenowe i w związku z tym procesem humifikacji a następnie mineralizacji postępować będzie szybko i bezwonnie. W warstwach głębszych, wobec braku substancja organiczna podlegać będzie gniciu połączonemu z wydzielaniem amoniaku, siarkowodoru, kwasów humusowych itd., a proces mineralizacji postępować będzie bardzo polowi. W warstwach głębszych gdzie Zycie mikroorganizmów nie istnieje, materia organiczna nie zostanie w ogóle rozłożona.

Przeciążenie płytkich warstw, gleby substancja organiczną prowadzi do zaślepienia się gruntu, zamknięcia dopływu powietrza i wytworzenie beztlenowych procesów fermentacji gnilnej. Podobny skutek wywoła doprowadzenie na pola ścieków o dużej zawartości tłuszczów.

Po oczyszczaniu biologicznym ścieków w nawodnionych nim polach dozwolona jest uprawa wszelkich roślin z wyjątkiem truskawek i poziomek. Po oczyszczaniu tylko mechanicznym wolno uprawiać:

• rośliny techniczne, pastewne i zbożowe

• rośliny ogrodowe (kartofle, buraki, dynie, brukiew, rzepa itd.)

• kapustę pod warunkiem że zalewnie pół ściekami ustanie na 20 dni przed zbiorem

• trawy łąkowe- pod warunkiem dopływu ścieków na 10 dni przed wypasem bydła

• ogórki, sałata, szparagi, cebula , pietruszka, selera- jedynie przy zastosowaniu irygacji podgłębowej ( podziemne rozprowadzanie ścieków)

• pomidory przy palikowym systemie uprawy (aby owoce nie leżały na ziemi)

Przy doprowadzaniu ścieków nieczyszczonych wolno uprawiać:

• rośliny techniczne, pastewne i zbożowe

• trawy bez wypasu bydła

• rośliny ogrodowe z wyjątkiem marchwi, rzodkiewki, szparagów, pod warunkiem ze nawadnianie pół będzie stosowane jedynie jesienią po zbiorach i nie później niż 6 miesięcy przez nowymi zasiewami oraz, że rola po jesiennym zalaniu zostanie przeorana

(EGZAM)

1. Zastosowanie osadów ściekowych do użyźniania gleby

Znaczna część gleb rolniczych i na terenach zieleni pielęgnowanej (miejskiej, rekreacyjnej, przemysłowej) jest uboga w próchnice i składniki pokarmowe. Na glebach rolniczego użytkowania stosuje się mniejsze dawki osadu niż na glebach użytkowanych nierolniczo (np. pod plantacje drzew, na terenach zieleni miejskiej, rekreacyjnej) ponieważ

• Gleby użytkowane rolniczo nie powinny otrzymywać jednorazowo nadmiernej ilości azotu

• Użyźnianie gleb rolniczych może być podtrzymywane poprzez stosowanie w dalszych latach nawozowych dawek osadem

• Plantacje drzew liściastych i zieleń miejska mają duże zapotrzebowanie na składniki pokarmowe, a ich gleby nie są nawożone w taki sposób jak użytki rolne.

• Zastosowanie osadów ściekowych do roślinnego utrwalania (zazieleniania) powierzchni.

Roślinne utrwalanie (zwane zazielenieniem) powierzchni stosuje się głównie na składowiskach odpadów pylących i rozmywanych. Wyróżnia się zazielenienie:

• Chroniące składowisko odpadów przed erozją wietrzną (pyleniem) i wodna (rozmywaniem) w czasie jego eksploatacji

• Użytkowanie (docelowe) zgodnie z przeznaczeniem rekultywowanego gruntu na terenie składowiska ( wysypiska)

W pierwszym przypadku rola osadu ściekowego polega głównie na tworzeniu warunków do życia roślin utrwalających i osłaniających powierzchnie składowiska przed niszczącym działaniem wody i wiatru. W tym samym przed zanieczyszczeniem terenów przyległych

3. Zastosowanie osadów ściekowych w intensywnej produkcji drewna i sadzonek

Drzewa, krzewy i byliny o dużej dynamice wzrostu i wysokiej produktywności mogą być uprawiane na osadowych i osadowo-ściekowych podłożach zawierających nadmierne ilości metali ciężkich. Produkcja sadzonek drzew i krzewów, wymagającej podłoży zasobnych w próchnicę i składniki pokarmowe, także nie wadzi nadmiar metali ciężkich. To samo dotyczy plantacji drzew choinkowych

4. Rekultywacyjne wykorzystanie osadów ściekowych

Jednym z podstawowych sposobów wykorzystania osadów ściekowych może być rekultywacja gleb zdewastowanych przez przemysł, która polega na odtworzeniu jej poziomu próchnicznego, oraz rekultywacja gruntów bezglebowych. Gruntami bezglebowymi są:

• Naturalne utwory geologiczne pozbawiony pokrywy glebowej w skutek różnego rodzaju robót ziemnych, erozji wietrznej i wodnej.

• Zwałowiska i nasypy naturalnych mas ziemnych

• Składowiska mineralnych osadów przemysłowych

• Gleby silnie zdegradowane

• Wysypiska odpadów bytowo-gospodarczych

• Rolnicze wykorzystanie osadów ściekowych

Spośród metod zagospodarowania osadów ściekowych, ze względu na właściwości nawozowe, szczególne zainteresowanie budzi ich rolnicze wykorzystanie do nawożenia gleby plantacyjnej oraz szkółkarskiej, upraw drzew i krzewów. Zawarte w nich substancje mogą ponownie zostać włączone w obieg materii. Osady obfitują w materię organiczną, i składniki pokarmowe dla roślin, głównie azot i fosfor, które decydują o bardzo dużej ich użyteczności. Większość osadów ściekowych stanowi cenny surowiec do kształtowania gleb na gruntach zdewastowanych technicznie. Rozróżnia się kila sposobów zastosowania osadów do użyźniania i należą do nich:

• Sposób poziomego użyźniania gleby

• Wgłębno- pasmowe użyźnianie łąk i pastwisk

Wykład nr 11 (1.06.06)

Ścieki przemysłu mleczarskiego

Ścieki przemysłu mleczarskiego składają się z wód pochłodniczych , które mogą wynosi do 98%, ogólnej ilości ścieków. Pozostałe to mocno zanieczyszczone ścieki. Pozostałe to mocno zanieczyszczone ścieki produkcyjne zawierajęce węglowodany, białka , tłuszcze o pH 7,0-8,8. bardzo łatwo ulęgają one gniciu i zakwaszaniu a pH obniża się do około 4,5. Powstający kwas mlekowy powoduje wytracanie kazeiny. Najgroźniejsze ścieki powstają z produkcji kazeiny, serów twardych i twarogowych gdyż np. 1 m³serwatki zanieczyszcza odbiornik tak jak 100 m³ ścieków bytowo-socjalnych. Oprócz tego ścieki pochodzące z produkcji zawierają sole i detergenty używane do mycia urządzeń. Średnio BZT tych ścieków wynosi ok. 1800 mg/dm³. Ścieki melczarskie z wyjątkiem ścieków z serowarni charakteryzuje się niezbyt dużą zawartością zawiesin. Do oczyszczania ścieków przemysłu mleczarskiego stosuje się różne sposoby np. złoża biologiczne, osad czynny rozdeszczowane na łąkach , gruntach uprawnych oraz stawy . Jednym z typowych rozwiązań oczyszczania ich jest system dwustopniowego osadu czynnego. W pierwszym etapie surowe ścieki miesza się z osadem czynnym i napowietrza się przez aeratory turbinowe i szczotki. Dzięki temu osad czynny jest dokładnie wymieszany z cieczą. W drugim etapie ciecz wprowadzana jest do zbiornika w kształcie stożka podlega sedymentacji w tym sposobie oczyszczania stopień redukcji jest wysoki i wynosi ok. 97%

Po oczyszczaniu ścieków mleczarskich stosuje się też rowy cyrkulacyjne. Ten sposób oczyszczania pozwala na obniżenie BZT w granicach 95-99% w czasie od 60 do 150 h. Z kolei rowy utleniające pozwalają na obniżenie BZT w ściekach mleczarskich w mniejszym stopniu, zwykle od 70-90%, spowodowane jest to niewystarczającą ilością tlenu w wodzie i dlatego zaleca się stosowanie kombinowanego sposobu oczyszczania tych ścieków. Oczyszczanie biologiczne składa się z dwóch urządzeń biologicznych pracujących szeregowo np.: basenu osadu czynnego i rowu utleniającego.

Ścieki przemysłu piwowarsko- słodowniczego

Ścieki słodowni i browaru łatwo podlegają kwaśnieniu, gdyż zawierają substancje rozpuszczalne przechodzące do wód podczas płukania , moczenia ziarna. Są to przede wszystkim cukry złożone, glukoza, pektyna zw. białkowe oraz sole mineralne. W warzelniach powstaje silnie zanieczyszczone odcieki młóta i chmielu, a fermentowanie i leżakowanie daje wody bardzo silnie zanieczyszczone drożdżami. Poza tym do wód dostaje się piwo i środki myjące. Zawierają one również aldehydy, kwasy organiczne, celulozę. Ilości ścieków z browarów są 20-30 razy większe od wyprodukowanego piwa. Charakteryzują się one wskaźnikiem obniżenia tlenowego BZT₅ w granicach 700-1300 mgO₂/m³. Podczas oczyszczania tych ścieków przede wszystkim usuwa się cząstki zawiesin. Przy dalszym oczyszczaniu stosuje się metody biologiczne, naturalne lub sztuczne i osad czynny. Jest wtedy możliwość redukcji BZT ok. 90%. Oczyszczalnia składa się z 2 złóż pracujących szeregowo, bądź równolegle. Ścieki te nadają się bardzo dobrze do rolniczego wykorzystania ze względu na dużą ilość NPK. Ulęgają one jednak łatwo zakwaszaniu i należy okresowo je wapniować.

Ścieki przemysłu ziemniaczanego

Ścieki te są obciążone dużą ilością zanieczyszczeń mechanicznych oraz dużą ilością zanieczyszczeń organicznych. Te pierwsze tworzą wody ze spławiaków i płuczek ziemniaczanych w ilości 3-8 m³/t ziemniaków, są to brudne wody w postaci szlamu gliniasto-piaszczystego, zanieczyszczone ziemią , piaskiem , glina, słomą, kiełkami, kawałkami naci. Organiczne zanieczyszczenia pochodzą z wód sokowych, ekstrakcji krochmalu i pras odwadniających. Zawierają one dużą ilość substancji organicznych w postaci węglowodanów, białek, ziaren skrobi, części komórek i związków kleistych. Zanieczyszczenia mechaniczne można łatwo usunąć w odstojnikach sedymentacyjnych lub hydrocyklonach wirówkowych i innych. Woda tak zanieczyszczona może być ponownie kierowana do spławiaków i płuczek ziemniaków. Wody te można chlorować. Ścieki organiczne przemysłu krochmalniczego oczyszcza się w filtrach gruntowych, w postaci pól filtracyjnych założonych na glebach przepuszczalnych. Użytki rolnicze nie mogą być maksymalnie obciążone ściekami krochmalniczymi ze względu na szybkie zlepianie gruntu białkami i zanieczyszczeniami mechanicznymi, gdyż wówczas tworzą się tam warunki beztlenowe.

Ścieki przemysłu cukrowniczego

Ścieki te składają się z wód pochłodniczych, barometrycznych, kondensatów, spławiakowych z płuczek, produkcyjnych z mycia aparatury i błota defekosaturacyjnego. Ścieki spławiakowe i z płuczek zawierają zanieczyszczenia w postaci ziemi, piasku, odłamków liści, ogonków. Ich ilość zależy przede wszystkim od rodzaju gleby, warunków zbiorów oraz metody zbiorów. Ze względu na silne obciążenie BZT ulegają one szybkiemu zagniwaniu, dlatego powinny być chlorowane bądź wapnowane. Ścieki produkcyjne zawierają składniki miąższu i soku komórkowego buraków. W skład ich wchodzą również cukry, pektyny i produkty ich rozkładu jak np.: kwasy organiczne, koloidy.

Ścieki, które tworzą wody pochłodnicze, barometryczne i kondensaty wymagają ochłodzenia. Nie trzeba ich oczyszczać, zawraca się je zazwyczaj w obiegu zamkniętym ponownie do wykorzystania,

W oczyszczaniu ścieków spławiakowych i z płuczek wykorzystuje się metody mechaniczne stosując łapacze zawiesin, sita, płaskowniki i osadniki. Oczyszczanie ścieków produkcyjnych i z aparatur jest dość złożone. Niska temperatura w miesiącach wrzesień-styczeń hamuje procesy biologicznego oczyszczania, zaś duże stężenie ścieków bogatych w związki organiczne dają z kolei dobre możliwości oczyszczania biologicznego.

Obecnie w cukrowniach preferuje się oczyszczanie ścieków z całej kampanii w zbiornikach akumulacyjnych. Podczas przetrzymywania w nich ścieków przebiegają procesy rozkładu węglowodanów. Ulegają one rozkładowi do lotnych kwasów tłuszczowych. Procesy przebiegają bardzo wolno w zimniejszej porze roku. Następnie substancje azotowe ulegają rozkładowi podczas fermentacji metanowej, Skuteczność oczyszczania ścieków w zbiornikach akumulacyjnych jest wysoka. Osiąga się obniżenie BZT od wartości początkowej ok. 6000 mg O₂/dm³ do około 2-60 mg 0₂ /dm³. Dla przyspieszenia procesów oczyszczania stosuje się napowietrzanie zbiorników akumulacyjnych za pomocą aeratorów, co pozwala na dalsza redukcję zanieczyszczeń.

Ścieki przemysłu owocowo-warzywnego

Ilość i jakość ścieków tego przemysłu jest bardzo zróżnicowana, zależna od rodzaju i stopnia dojrzałości surowca, pory roku, stosowanej technologii i maszyn, asortymentu produkcji, zasobów wodnych i stosowanego systemu obiegu wody. W wyniku przetwarzania surowców do ścieków dostają się soki i tkanki-owoców i warzyw, zalewa cukrowa, wody używane do mycia, chłodzenia i skraplania pary. Poza tym osobny problem stanowią ścieki obciążone dwutlenkiem siarki (w ilości 12-17 mg/dm³), powstające z półproduktów utrwalanych SO₂ oraz kwasem octowym, podczas wytwarzania marynat (700mg/dm³) a także roztwory z NaCl(w ilości 2-4 %).ścieki te maja pH w granicach 4,7 do 7,0 oraz poważne ilości zawiesin. Występujące w nich związki białkowe wytwarzają podczas gnicia SH₂.

W technologii oczyszczania ścieków przemysłu owocowo-warzywnego w pierwszym etapie usuwa się związki organiczne za pomocą krat, sit bądź koagulacji. Oczyszczanie osadem czynnym jest trudne z uwagi na małą zawartość azotu i fosforu, a ponadto z powodu zmiennej- ilości ścieków w ciągu roku i zmianę składu. Ścieki te oczyszcza się przede, wszystkim drogą chemicznej koagulacji wapnem z dodatkiem siarczanu żelazowego lub innych koagulantów. Daje to redukcje zawiesin 99 % oraz ok. 50% BZT.

Ścieki zawierające dwutlenek siarki najlepiej odprowadzać oddzielnie. Łatwiej je wtedy oczyścić. Uwolnienie z nich zanieczyszczeń przeprowadza się w płytkich stawach chłodzących, o dużej powierzchni stosując kaskady, rozbryzgi oraz dodatek wapna chlorowanego

Ścieki przemysłu mięsnego

W ściekach przemysłu mięsnego znajdują się przede wszystkim składniki organiczne jak: treść przewodów pokarmowych, krew, fragmenty skór, jelit, mięsa, tłuszczu, włosie w postaci zawiesin, roztworów rzeczywistych im koloidalnych. Znaczne stężenie tych związków powoduje stosunkowo szybkie ich gnicie. Ich pH jest przeważnie obojętne. Mogą one być źródłem zakażenia gleb i wód. Ścieki te zużywają znaczne ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie. W odbiornikach rozwijają się grzyby ściekowe zarastające ich dno i brzeg. W technologii oczyszczania tych ścieków duże znaczenie ma mechaniczne ich oczyszczanie na kratach, sitach i w odtłuszczaczach . Po oczyszczaniu wstępnym ścieki tego przemysłu można oczyszczać metodami: biologicznymi, fizycznymi i chemicznymi. Zawarte w ściekach stałe fragmenty po rozdrobnieniu przekazuje się na odtłuszczacze. W komorze flokulacji dozuje się do ścieków środki chemiczne NP.: NaOH, FeSO₄. W osadniku następuje wytracanie się osadów i oczyszczone ścieki odprowadza się do odbiornika . Pozostały po zagęszczeniu i odwirowaniu osad unieszkodliwia się poprzez spalanie. W oczyszczaniu ścieków przemysłu mięsnego osadem czynnym można usunąć 90 % zanieczyszczeń. Stawy biologiczne są wykorzystywane w małym stopniu.

21




---