Instrukcja wykonania ćwiczenia nr 5
"Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest określenie klasy czystości wód cieku powierzchniowego poniżej punktu
zrzutu ścieków. Dysponując informacjami o jakości wody rzecznej w ustalonym punkcie po-
miarowym należy oszacować poziomy stężeń wybranych zanieczyszczeń w zadanej odle-
głości od punktu pomiarowego, uwzględniając wpływ ścieków oraz dodatkowych dopływów
wprowadzanych do odbiornika. Na podstawie uzyskanych wyników należy określić klasę czy-
stości rzeki oraz ustalić cele, dla których można wykorzystać jej wody.
Metodyka obliczeń
Ogólny ładunek analizowanego składnika, przepływającego przez badany odcinek rzeki, sta-
nowi sumę ładunków zawartych: w płynącej wodzie rzecznej głównym korytem (na początku
badanego odcinka), w naturalnych dopływach bocznych, dopływających z wodami podziem-
nymi oraz zawartych w dopływających ściekach. A
adunek ten można obliczyć jako:
A
C = Qr Å" Cr + Qn Å" Cn + L Å" qg Å" C + qs Å" Cs
g
gdzie:
A
C - całkowity ładunek analizowanego składnika na końcu badanego odcinka rzeki [g/h],
Qr - natężenie przepływu wody w rzece na początku badanego odcinka [m3/h],
Cr - stężenie analizowanego składnika w wodzie rzecznej na początku badanego odcinka
[g/m3],
Qn - natężenie dopływu wody w dopływie bocznym [m3/h],
Cn - stężenie analizowanego składnika w wodzie dopływu bocznego [g/m3],
L - długość badanego odcinka rzeki [km],
qg - jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych do koryta rzeki [m3/km/h],
Cg - stężenie analizowanego składnika w wodach gruntowych [g/m3].
qs - natężenie dopływu ścieków [m3/h],
Cs - stężenie analizowanego składnika w ściekach [g/m3].
Powyższy bilans dotyczy głównie składników mineralnych, które w niewielkim stopniu ulegają
przemianom fizykochemicznym i biologicznym w środowisku wodnym. W przypadku związ-
ków organicznych (reprezentowanych przez wskaz
nik BZT) należy uwzględnić ich rozkład
biologiczny (pominąć biologiczny rozkład związków organicznych w wodach gruntowych).
Szybkość procesu biodegradacji zanieczyszczeń organicznych jest najczęściej zbliżona do
reakcji pierwszego rzędu. Zakładając idealny przepływ tłokowy (pełne wymieszanie w prze-
kroju poprzecznym koryta rzeki i brak mieszania osiowego), wielkość wskaz
nika BZT w rze-
ce, w odniesieniu do punktu początkowego można obliczyć z następującego równania:
w
CBZT = CBZT Å" exp(-kB Å"TH )
gdzie:
CwBZT - wartość wskaz
nika BZT w punkcie poczÄ…tkowym [gO2/m3],
Ćwiczenie 5 - "Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"
2
CBZT - wartość wskaz
nika BZT w punkcie końcowym [gO2/m3],
kB - stała szybkości biodegradacji [d-1],
TH - hydrauliczny czas przepływu od punktu początkowego do punktu końcowego [d].
Wpływ temperatury na wartość współczynnika stałej szybkości biodegradacji związków or-
ganicznych opisana jest równaniem:
20 (t -20)
kB = kB Å"1.056
gdzie:
k20B - staÅ‚a szybkoÅ›ci biodegradacji odniesiona do temperatury 20 ºC [d-1].
Sposób wykonania ćwiczenia
KorzystajÄ…c ze schematu poglÄ…dowego fragmentu zlewni rzeki, z zaznaczonymi przekrojami
kontrolnymi i punktem zrzutu ścieków (rysunek 1) oraz danych wyjściowych przekazanych
przez prowadzącego ćwiczenia (tabela 1), należy kolejno obliczyć:
" ładunki zanieczyszczeń w przekroju pomiarowym "A" i "C",
" ładunek BZT w dopływie bocznym w punkcie wlotu do głównego koryta po uwzględnieniu
procesu biodegradacji,
" ładunek BZT w rzece tuż przed punktem wlotu dopływu bocznego po uwzględnieniu pro-
cesu biodegradacji,
" wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki
na odcinku L1,
" sumaryczne ładunki i stężenia zanieczyszczeń tuż za punktem wlotu dopływu bocznego
(przy założeniu całkowitego wymieszania wód rzeki i jej dopływu),
" ładunek BZT w rzece tuż przed punktem zrzutu ścieków po uwzględnieniu procesu biode-
gradacji,
" wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki
na odcinku od L1 do L2,
" przepływ i ładunki zanieczyszczeń w przekroju zrzutu ścieków przy założeniu, że dopro-
wadzane ścieki zostaną całkowicie wymieszane z wodą odbiornika w tym przekroju,
" wielkość dopływu wód gruntowych i zawartych w nich ładunków zanieczyszczeń do rzeki
na odcinku od L2 do L3,
Przekrój
Punkt zrzutu
pomiarowy
ścieków
Dopływ Przekrój
C
naturalny pomiarowy
Przekrój
L4
pomiarowy
B
A
L1
L3
L2
Rys. 1. PoglÄ…dowy schemat fragmentu zlewni rzeki.
Ćwiczenie 5 - "Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"
3
" ładunek BZT w rzece w przekroju pomiarowym "B", po uwzględnieniu procesu biodegra-
dacji,
" ładunki zanieczyszczeń oraz stężenia poszczególnych wskaz
ników zanieczyszczeń w prze-
kroju pomiarowym "B".
Tabela 1. Dane wyjściowe do obliczeń.
Parametr Jedn. Wartość
Przekrój kontrolny "A"
Przepływ wody w rzece m3/h
Stężenie zanieczyszczeń w rzece:
- BZT5 gO2/m3
- chlorki g/m3
- siarczany g/m3
- azot całkowity gN/m3
- fosfor ogólny gP/m3
Przekrój kontrolny "C"
Przepływ wody w dopływie bocznym m3/h
Stężenie zanieczyszczeń w rzece:
- BZT5 gO2/m3
- chlorki g/m3
- siarczany g/m3
- azot całkowity gN/m3
- fosfor ogólny gP/m3
Åšcieki
Ilość dopływających ścieków m3/h
Stężenie zanieczyszczeń w ściekach:
- BZT5 gO2/m3
- chlorki g/m3
- siarczany g/m3
- azot całkowity gN/m3
- fosfor ogólny gP/m3
Dane dodatkowe
Jednostkowe natężenie dopływu wód gruntowych m3/km/h
Stężenie zanieczyszczeń w wodach gruntowych:
- BZT5 gO2/m3
- chlorki g/m3
- siarczany g/m3
- azot całkowity gN/m3
- fosfor ogólny gP/m3
Długość odcinka L1 km
Długość odcinka L2 km
Długość odcinka L3 km
Długość odcinka L4 km
Średnia szybkość przepływu wody w rzece m/s
Średnia szybkość przepływu wody w dopływie bocznym m/s
Temperatura obliczeniowa ºC
StaÅ‚a szybkoÅ›ci biodegradacji w temp. 20 ºC (k20B) 1/d
Ćwiczenie 5 - "Wyznaczanie klasy czystości wód powierzchniowych"
4
Sposób prezentacji wyników
Wyniki obliczeń zestawić w tabeli nr 2 (wzór) i na ich podstawie ustalić między innymi:
" do jakiej klasy czystości należy wody odbiornika w przekroju pomiarowym "B",
" do jakich celów może być wykorzystana woda pobierana w przekroju pomiarowym "B",
" który rodzaj analizowanych zanieczyszczeń pogarsza w największym stopniu jakość wód
rzeki w przekroju pomiarowym "B".
" jakie rodzaje zanieczyszczeń i w jakim stopniu proponuje się usunąć z doprowadzanych
ścieków.
Tabela 2. Zestawienie wyników obliczeń (przykład)
Parametr Jedn. Wartość
Charakterystyka rzeki w przekroju "A"
A
adunki zanieczyszczeń:
- BZT5 kgO2/h
- chlorki kg/h
- siarczany kg/h
- azot całkowity kgN/h
- fosfor ogólny kgP/h
Charakterystyka dopływu bocznego w punkcie wlotu
Stała szybkości biodegradacji w temp. obliczeniowej (kB) 1/d
Czas przepływu wody na odcinku L4 d
BZT w punkcie wlotu gO2/m3
A
adunki zanieczyszczeń:
- BZT5 kgO2/h
- chlorki kg/h
- siarczany kg/h
- azot całkowity kgN/h
- fosfor ogólny kgP/h
Charakterystyka rzeki po przyjęciu dopływu bocznego
Całkowity dopływ wód gruntowych na odcinku L1 m3/h
A
adunki zanieczyszczeń w wodach gruntowych (L1):
- BZT5 kgO2/h
& & & & & & & & & & & & . & & & .
& & & & & & & & & & & & . & & & .
& & & & & & & & & & & & . & & & .
Literatura do ćwiczenia
" Adamski W.: "Modelowanie systemów oczyszczania wód", Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2002.
" RozporzÄ…dzenie Ministra Åšrodowiska z dn. 11.02.2004 w sprawie klasyfikacji dla prezen-
towania stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu
oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód (Dz. U. Nr 32, poz. 284).
" Rozporządzenie 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 (Dz.U. 2006, Nr 137, poz. 984).