Ochrona Środowiska
Rok II
Projekt 1:
Profil hydrochemiczny cieku
WPROWADZENIE
Celem projektu było:
wykonanie hydrochemicznego profilu rzeki na podstawie otrzymanych danych,
przeprowadzenie oceny jakości wód cieku,
opracowanie strategii doprowadzenia cieku do wymaganego stanu jakości.
Naturalny charakter rzek oraz ich „pierwotna” jakość niestety z biegiem czasu coraz bardziej zostaje zmieniana przez społeczeństwo.
Obecnie człowiek w znaczący sposób wpływa na środowisko przyrodnicze,
powodując powstawanie, przyspieszanie czy też spowalnianie różnych procesów fizycznych i
biochemicznych.
Woda jest surowcem odnawialnym, ale także jako jeden z nielicznych surowców naturalnych nie ma swojego zamiennika. Korzystanie z zasobów wód powinno odbywać się zatem w sposób zrównoważony i nie może w sposób znaczący pogarszać stanu wód.
Niestety w dzisiejszych czasach coraz częściej spotykamy się z wieloma problemami dotyczącymi zanieczyszczenia wód.
Otrzymanie profilu hydrochemicznego cieku można przedstawić następująco.
wyznaczenie przepływów pseudonaturalnych SNQN w punktach wodowskazowych poprzez różnicę wartości SNQ na danym wodowskazie oraz sumy wielkości zrzutów powyżej tego punktu,
wyznaczenie przepływów pseudonaturalnych SNQN w przekrojach bilansowych poprzez interpolację oraz ekstrapolację.
Interpolacja - dzięki znajomości wartości funkcji na brzegach przedziału można wyznaczyć wartości funkcji wewnątrz przedziału
Ekstrapolacja - dzięki znajomości wartości funkcji w jednym punkcie brzegowym można wyznaczyć wartości funkcji na zewnątrz przedziału,
Następnie dzięki otrzymaniu wartości SNQN można przystąpić do obliczenia SNQR - średniego niskiego przepływu rzeczywistego. Wyznacza się go jako sumę SNQN oraz wartości zrzutów ścieków do danego miejsca.
Iloczyn SNQR oraz BZT5 ([mg/ s]=[mg/ m3 ][m3/ s]) pozwala na obliczenie ładunku rzeczywistego w punktach monitoringowych. Z kolei różnica tego ładunku oraz ładunku zrzutów daje wartość ładunku naturalnego (również w punktach monitoringowych).
Obliczając ładunek naturalny w przekrojach bilansowych ponownie zostaje wykorzystana interpolacja i ekstrapolacja. Dzięki tej wartości oraz wielkości sumy ładunków zrzutów możemy z kolei wyznaczyć ładunek rzeczywisty 9w przekrojach bilansowych).
Kolejną niezbędną wartością jest stężenie BZT5 [g/m3] - biochemicznego zapotrzebowania na tlen - na długości cieku. Aby ją obliczyć należy podzielić wyznaczony wcześniej ładunek rzeczywisty przez średni niski przepływ rzeczywisty SNQR.
Wymagana jakość wód w tym przypadku to: II klasa do ujścia dopływu D2, po ujściu D2 - III klasa. Ustalona wartość stężenia granicznego wynosi analogicznie 3 oraz 6 mg/l. Na tej podstawie można następnie obliczyć ładunek graniczny. Wartość tę otrzymuje się dzięki iloczynowi tego stężenia oraz wartości SNQR.
Na końcu wyznacza się ilość zanieczyszczeń jaka może być wprowadzona do określonej masy wody zwana chłonnością wody. Jej wartość otrzymuje się jako różnicę ładunku granicznego oraz rzeczywistego.
O dobrym stanie wód świadczyłyby dodatnie wartości chłonności na całej długości cieku gdyż przekrój mógłby przyjąć jeszcze różnicę ładunków granicznego a rzeczywistego. Jednak w tym przypadku otrzymano je niestety ujemne i to już przy pierwszym zrzucie ścieków
Interpolacja
Pierwszym jest obliczenie ładunku naturalnego ŁN do pierwszego punktu monitoringowego M1. Należy obliczyć przyrost ładunku związany z przyrostem SNQN, który jest stosunkiem ładunku naturalnego ŁN w punkcie monitoringowym M1 do średniego niskiego przepływu pseudonaturalnego SNQN w punkcie monitoringowym M1.
Mając ładunek jednostkowy przyrostu ŁN możemy obliczyć pozostałe ŁN w dowolnym punkcie x (przekroju bilansowym) do punktu monitoringowego M1. Wystarczy pomnożyć ładunek jednostkowy łj(M1) i średni niski przepływ pseudonaturalny SNQN w danym przekroju bilansowym:
Drugi tok postępowania dotyczy wyliczenia wartości ładunku w dowolnym miejscu (przekroju bilansowym) między punktami monitoringowymi M1, M2. Przyrost ŁN związany jest z przyrostem SNQN, który wyliczamy wg zależności (6.2). Aby obliczyć zmianę ŁN między punktami monitoringowymi M1, M2 należy odjąć od siebie ŁN w M2 i ŁN w M1. Analogicznie postępujemy z 8 obliczeniem zmiany przepływu pseudonaturalnego SNQN między punktami monitoringowymi M1, M2. Przyrost ładunku ŁN jest stosunkiem tych różnic.
Ekstrapolacja
Trzeci przypadek dotyczy sytuacji obliczenia ŁN za ostatnim punktem monitoringowym. W takiej sytuacji, należy oprzeć się na wartości ładunku jednostkowego pomiędzy dwoma ostatnimi punktami monitoringowymi. Wartości ŁN w dowolnie wybranym punkcie x (przekroju bilansowym) na długości za ostatnim punktem monitoringowym MK wyliczamy korzystając ze wzoru (6.4).
Postępujemy analogicznie jak w przypadku miedzy punktami monitoringowymi, nie zważając na to, że jesteśmy ograniczeni tylko jednym punktem monitoringowym z lewej strony.
Wyznaczenie ŁR we wszystkich przekrojach bilansowych przez „nałożenie” użytkowania wód na ŁN.
Wyznaczenie ładunku rzeczywistego we wszystkich przekrojach bilansowych x wzdłuż
cieku przeprowadzamy w oparciu o znajomość ładunku naturalnego we wszystkich przekrojach bilansowych oraz znajomość wartości ładunku zwartego w zrzutach zanieczyszczeń. W tym celu należy do ładunku naturalnego w punkcie x dodać wszystkie ładunki zrzutów ścieków występujące powyżej miejsca x.
Chłonnością nazywamy zdolność przyjęcia przez wody cieku w danym przekroju bilansowym ładunku zanieczyszczeń, tak aby nie został przekroczony obliczony ładunek graniczny, wynikający z założenia stężenia granicznego. W niniejszym przypadku obliczamy chłonność dla przyjętej wartości wskaźnika BZT5.
Różnica między ładunkiem granicznym przekroju a ładunkiem rzeczywistym występującym w przekroju zwana jest chłonnością.
Jeżeli chłonność w danym przekroju posiada:
a) dodatni znak - oznacza to, że w danym przekroju ładunek graniczny przewyższa ładunek rzeczywisty, a zatem wody cieku w tym przekroju mogą przyjąć jeszcze różnicę pomiędzy ładunkiem granicznym a rzeczywistym,
b) jest równa zero - oznacza to, że ładunek rzeczywisty jest równy ładunkowi granicznemu w danym przekroju, a co za tym idzie - nie ma możliwości dalszego zwiększania ładunku rzeczywistego w danym przekroju,
c) ujemny znak - oznacza to, że w analizowanym przekroju ładunku rzeczywisty przekracza ładunek graniczny, a w następstwie tego faktu należy przewidzieć działania ograniczające ładunki rzeczywiste powyżej tego przekroju.
Na długości cieku przeprowadzamy redukcję ładunków BZT5 w punktowych zrzutach zanieczyszczeń. Przyjmuje się, że dotychczasowe zrzuty ładunków BZT5 dotyczyły odprowadzania ścieków surowych. Tego typu postępowanie jest najczęściej stosowane w programach poprawy jakości wód, preferowane jest również przez Polskę w Krajowym Programie Oczyszczania Ścieków Komunalnych. Powyższe działania są zgodne z zaleceniami Unii Europejskiej zawartymi w Ramowej Dyrektywie Wodnej.
Warunki i założenia konieczne do przeprowadzenia poprawy jakości wód
1. Ładunek przed redukcją różny w kolejnych przekrojach bilansowych.
2. Założenie oczyszczania ścieków surowych odprowadzonych do wód analizowanego cieku.
3. Ustalenie sprawności poszczególnych oczyszczalni, zależnych od technologicznych możliwości redukcji ładunku BZT5 (wprowadzenie oczyszczalni ścieków o granicach od 30% do 90%).
Zdolność oczyszczalni do oczyszczania zwana jest sprawnością oczyszczalni η. Maksymalna sprawność oczyszczalni przy zastosowaniu najnowszych technologii oczyszczania wynosi η = 75-90%. Oznacza to, że taki procent wprowadzonego ładunku na dopływie do oczyszczalni zostanie zredukowany w wyniku procesów technologicznych.
4. Ustalenie lokalizacji poszczególnych oczyszczalni.
5. W wyniku oczyszczania zredukowany zostaje ładunek BZT5 wynikający z założonych sprawności oczyszczalni w przekroju lokalizacji oczyszczalni.
6. Ładunek zredukowany w przekroju oczyszczalni zostaje „zdjęty” z wszystkich przekrojów kontrolnych, począwszy od przekroju oczyszczalni, do przekroju zamykającego.
7. Ładunek po redukcji w kolejnych przekrojach kontrolnych równy jest ładunkowi przed redukcją minus ładunek zredukowany.
8. W wyniku zmiany ładunków stężenie po redukcji (wartość BZT5 po redukcji) ulega zmianie w kolejnych przekrojach kontrolnych, począwszy od przekroju oczyszczalni.
9. Redukcja ładunków w wyniku zastosowania oczyszczania ścieków surowych, powoduje zmiany stężeń zanieczyszczeń (wartość BZT5) w punktach monitoringowych.
10. W wyniku kolejnych redukcji ładunków BZT5 w zrzutach ścieków należy dążyć do uzyskania chłonności dodatniej lub równej zero w poszczególnych przekrojach bilansowych.
11. Uzyskanie chłonności dodatniej lub równej zero na całej długości cieku zamyka postępowanie poprawy jakości wód.
12. Działania przedstawione powyżej prowadzą do uzyskania poprawy jakości wód w przekrojach bilansowych na całej długości cieku.
Obliczenia
Tab.
Wyszukiwarka