ZNACZENIE PROCESU SEDYMENTACJI W yadda.icm.edu.pl/agro/element/ ... · Znaczenie procesu sedymentacji…

  • Published on
    12-Sep-2018

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • Znaczenie procesu sedymentacji

    169

    INFRASTRUKTURA I EKOLOGIA TERENW WIEJSKICH INFRASTRUCTURE AND EKOLOGY OF RURAL AREAS

    Nr 2/2008, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddzia w Krakowie, s. 169178 Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi

    Andrzej Waga, Stanisaw Krzanowski

    ZNACZENIE PROCESU SEDYMENTACJI W OCZYSZCZANIU CIEKW OPADOWYCH

    Z TERENW ZURBANIZOWANYCH ____________

    THE IMPORTANCE OF SEDIMENTATION PROCESS FOR TREATMENT OF RAINFALL SEWAGE

    FROM URBANIZED AREAS

    Streszczenie

    Celem artykuu jest ocena wpywu procesu sedymentacji na redukcj zanieczyszcze ze ciekw opadowych. Prbki ciekw do bada pobierano z roww przydronych przy ul. Panki w Krakowie-Bieanowie w kwietniu 2003 i lutym 2004 r. w czasie zaobserwowania spywu powierzchniowego. W po-branych prbkach ciekw surowych i po 120 minutach sedymentacji oznaczano zawarto nastpujcych wskanikw zanieczyszcze: BZT5, ChZTCr i zawiesin ogln oraz sporadycznie fosforany, natomiast po 15, 30, i 60 minutach sedymen-tacji tylko zawiesin ogln i ChZTCr.

    Przeprowadzone badania wykazay przydatno procesu sedymentacji do redukcji zanieczyszcze ze ciekw opadowych. W czasie dwugodzinnego proce-su sedymentacji nastpia redukcja zawiesiny oglnej w granicach 58,776,2% i ChZT 45,790,4%, przy czym najwiksz jej intensywno obserwowano w pierwszych 15 minutach procesu. Zaobserwowano, e z zawiesinami skorelo-wane s substancje organiczne wyraane przez ChZT, przy czym zawarte s one gwnie w drobnej frakcji, najmniej podatnej na sedymentacj. Z tego wzgldu zalecane jest dodatkowe oczyszczenie ciekw opadowych celem usunicia zanie-czyszcze zaadsorbowanych na najdrobniejszej frakcji zawiesin. Sowa kluczowe: tereny zurbanizowane, cieki opadowe, sedymentacja

  • Andrzej Waga, Stanisaw Krzanowski

    170

    Summary

    The problem of reducing the negative impact of rainfall sewage on ground and water environment has been the subject of research and scientific papers for many years. It becomes more and more frequently an inherent part of planning and projects of sewer systems in the anthropologically transformed areas.

    Non-point sources of pollution are one of the main causes of water quality degradation. Traffic and washing out the sediments deposited in sewer pipes have the most serious influence on pollutant contents in rainfall runoffs. Therefore, characterization of pollutants in rainfall sewage is necessary for preparing plans of water management in urbanized catchments.

    The article aims at an assessment of the sedimentation process effect on reduction of pollutants from rainfall sewage. Sewage samples for analyses were collected from the roadside ditches at Puanki street in Krakw-Bieanw in April 2003 and February 2004 during surface runoff observations. After 120 minutes of sedimentation, the following pollution indices were determined in the collected raw sewage samples: BOD5, CODCr and total suspended solids, sporadically phosphates, whereas after 15, 30 and 60 minutes of sedimentation only total sus-pended solids and CODCr were assessed.

    The analyses revealed the usefulness of sedimentation process for pollutant reduction from rainfall sewage. During the two-hour sedimentation process the reduction of total suspended solids ranged from 58.7 -76.2%, COD from 45.7 90.4% and the highest intensity was observed in the first 15 minutes. It was also detected that total suspended solids were correlated with organic substances ex-pressed by COD but these are contained mainly in the fine fraction, the least sus-ceptible to sedimentation. Therefore, an additional treatment of rainfall sewage is recommended to remove the pollutant adsorbed on the finest fraction of suspended solids. Key words: urbanized areas, rainfall sewage, sedimentation

    WPROWADZENIE

    Problem ograniczenia niekorzystnego wpywu ciekw opadowych na ro-dowisko gruntowe i wodne jest od wielu lat przedmiotem prac naukowo-badawczych oraz stanowi coraz czciej integraln cz opracowa planistycz-nych i projektowych systemw kanalizacyjnych w obszarach przeksztaconych antropogenicznie.

    Niepunktowe rda zanieczyszcze s jedn z gwnych przyczyn degra-dacji jakoci wd. Najwikszy wpyw na zawarto zanieczyszcze w spywach opadowych odgrywa komunikacja i wypukiwanie zdeponowanych osadw zalegajcych w kolektorach kanalizacyjnych [Lee, Bang 2000]. Spywy wywo-ane opadami o duej intensywnoci powoduj kilkakrotnie wiksze obcienie hydrauliczne i adunkiem zanieczyszcze systemw kanalizacyjnych ni w przypadku pogody bezdeszczowej. Typowym zjawiskiem jest wystpowanie pierwszej fali spywu, charakteryzujcej si wystpowaniem najwikszych a-dunkw zanieczyszcze na pocztku trwania spywu. Zjawisko pierwszej fali

  • Znaczenie procesu sedymentacji

    171

    spywu zaley gwnie od intensywnoci i czasu trwania opadu, charakterystyki kanalizacji, a take od okresw suchej pogody, co z kolei wpywa na ilo na-gromadzonych zanieczyszcze na terenie zlewni [Lee i in. 2004]. Dlatego cha-rakterystyka zanieczyszcze zawartych w ciekach opadowych jest konieczna przy sporzdzaniu planw gospodarki wodnej w zlewniach zurbanizowanych.

    W literaturze z tego przedmiotu znale mona wiele przykadw rozwi-za problemu zagospodarowania ciekw opadowych. Coraz powszechniej w praktyce stosowane s seminaturalne systemy odprowadzania i oczyszczania spyww opadowych, ktre odpowiednio wkomponowane w otaczajcy teren mog stanowi obiekty maej retencji oraz peni funkcje rekreacyjne. Do naj-powszechniej stosowanych rozwiza zaliczy mona zbiorniki (osadniki) sedymentacyjne, retencyjno-infiltracyjne, czy systemy podziemnej infiltracji.

    Celem artykuu jest przedstawienie charakterystyki ciekw opadowych odpywajcych ze zlewni zurbanizowanej (komunikacyjnej ze znacznym udzia-em nieuytkw i terenw pod uprawami warzyw), uwzgldniajc moliwo wykorzystania procesu sedymentacji do usuwania z nich zanieczyszcze orga-nicznych i zawiesin.

    CHARAKTERYSTYKA OBSZARU BADA

    Badania przeprowadzono w zlewni zurbanizowanej zlokalizowanej w ob-szarze miejsko-przemysowym miasta Krakowa dzielnica Bieanw rysunek 1. Analizowana zlewnia jest w wikszoci zurbanizowana, charakteryzujca si wystpowaniem powierzchni nieprzepuszczalnych ktrymi s jezdnie asfaltowe, chodniki, tory i rozjazdy kolejowe oraz powierzchnie pod budynkami. Tereny przepuszczalne stanowi gwnie uytki zielone, nieuytki poronite krzakami i uprawy warzyw. Na analizowanym obszarze brak jest kanalizacji deszczowej. Odwadniany teren cechuje wystpowanie zlewni czstkowych o zrnicowanym wspczynniku spywu powierzchniowego.

    Powierzchnie zlewni czstkowych ksztatuj si nastpujco: nieuytki i uprawy warzyw 0,387 km2 (86% cakowitej powierzchni zlewni), tereny kolejowe 0,058 km2 (12,9%), tereny komunikacyjne (jezdnie, parkingi) 0,00505 km2 (1,1%). Cakowita powierzchnia zlewni wynosi 0,45 km2. W celu oczyszczania ciekw opadowych spywajcych z powierzchni kolejowych i komunikacyjnych w 2000 r. oddano do uytku seminaturaln oczyszczalni zlokalizowan na terenie PKP Krakw-Bieanw.

    Gwnym jej elementem jest zbiornik retencyjno-infiltracyjny o cakowitej pojemnoci 1951,2 m3 i powierzchni czaszy rwnej 1605 m2. Lokalizacj, ksztat i wielko powierzchni czaszy zbiornika wyznacza od pnocnego za-chodu nasyp linii kolejowej, od pnocnego wschodu ul. Zocieniowa, od p-nocy ul. Panki i od poudniowego zachodu niezagospodarowany nieuy-tek pokryty krzewami i pojedynczymi drzewami. Spywajce z powierzchni

  • Andrzej Waga, Stanisaw Krzanowski

    172

    zlewni cieki opadowe poprzez rowy przydrone trafiaj do dwch komr redukcyjnych poczonych szeregowo pod jezdni przy ulicy Panki pod wia-duktem kolejowym, a nastpnie poprzez doprowadzalnik do zbiornika retencyj-no-infiltracyjnego. Parametry techniczne obiektw wchodzcych w skad przedmiotowej oczyszczalni podane s w pracy Krzanowskiego i Radeckiego-Pawlika [1998, 2002].

    Rysunek. 1. Lokalizacja badanej zlewni Figure 1. Location of investigated drainage area

    METODYKA BADA

    Wpyw procesu sedymentacji na redukcj zanieczyszcze w ciekach opa-dowych okrelono laboratoryjnie za pomoc testw sedymentacyjnych przepro-wadzonych w leju Imhoffa. Prbki do bada pobierano z rowu przydronego przy ul. Panki w czasie spywu wd opadowych. W ciekach surowych oraz

  • Znaczenie procesu sedymentacji

    173

    po 120 minutach sedymentacji oznaczano zawarto nastpujcych wskanikw zanieczyszcze: BZT5, ChZTCr, zawiesin ogln oraz sporadycznie fosforany, natomiast po 15, 30, i 60 minutach sedymentacji tylko zawiesin ogln i ChZTCr. Wszystkie analizy fizykochemiczne wykonano zgodnie z zalecanymi metodykami referencyjnymi. Uzyskane wyniki aproksymowano krzywymi naj-lepiej opisujcymi dane empiryczne na poziomie istotnoci = 0,05.

    WYNIKI BADA

    W okresie bada trzykrotnie (4 i 8 kwietnia 2003 oraz 3 lutego 2004 r.) pobierano prbki wody ze spyww opadowych do analiz sedymentacyjnych przeprowadzonych w leju Imhoffa. Zdecydowano si na pobr prbek w okresie trwania roztopw, gdy wystpuj wtedy najwiksze wartoci zanieczyszcze. Uzyskane wyniki bada przedstawiono w tabeli 1. Wynika z niej, e odczyn ciekw roztopowych nie zmienia si znaczco i oscyluje w granicach: od 6,907,48 w ciekach surowych do 6,987,03 po 120 minutach sedymentacji. W przypadku pozostaych wskanikw zanieczyszcze widoczna jest tendencja do obniania si ste w trakcie przebiegu procesu sedymentacji. Jednorazowo wykonana analiza stenia fosforanw w ciekach surowych i po 120 minutach sedymentacji wykazaa ich redukcj z wartoci 8,00 mg dm-3 do 5,00 mg dm-3, a wic o 37,5%.

    Tabela 1. Wyniki analiz fizykochemicznych ciekw opadowych w czasie procesu sedymentacji w warunkach statycznych

    Table 1. Results of physicochemical analyses of rainfall sewage during sedimentation process in static conditions

    Wskanik zanieczyszczenia

    Warto wskanika w ciekach surowych

    Wartoci wskanikw zanieczyszcze i objtoci osadu

    po czasie sedymentacji w min.

    15 30 60 120 Objto osadu [cm-3] 0,035,8 0,035,9 0,056,0 0,066,1

    Odczyn [pH] 6,907,48 6,987,03

    BZT5 [mgO2 dm-3]

    29,981,54 14,9527,19

    ChZTCr [mgO2 dm-3]

    291,31696,73 193,39657,37 141,2223,02 46,77175,79 46,77158,19

    Zawiesina oglna [mg dm-3] 307,62270,0 256,01218,0 155,0850,0 140,0532,0 127,0540,0

    Fosforany [mgdm-3] 8,00 5,00

  • Andrzej Waga, Stanisaw Krzanowski

    174

    W przypadku wartoci BZT5 rednia redukcja w czasie sedymentacji wy-niosa 58,3%. Podczas sedymentacji obserwuje si przyrost osadu gromadzcego si na dnie leja. Objto osadu uzaleniona bya od obecnoci substancji ole-istych i sposobu poboru prb. W przypadku obecnoci substancji flotujcych, osad z trudem sedymentowa (dolne wartoci z tabeli 1). Rwnie mniejsze jego iloci byy obserwowane w przypadku poboru prb ju czciowo poddanych sedymentacji. Wynika to z faktu, i w momencie poboru prbek cz zawiesin atwo opadajcych ulega sedymentacji, czemu sprzyjao wytworzenie si cofki pitrzenia przy ujciu rowu do komory redukcyjnej.

    W dalszej analizie szczegowo scharakteryzowano zmiany zawartoci zawiesiny oglnej i ChZT w czasie sedymentacji z uwagi na dominujcy ich udzia w zanieczyszczeniu ciekw roztopowych. Na rysunku 2 przedstawiono stenie zawiesiny oglnej w czasie 120 minut sedymentacji. Znaczny rozrzut wartoci ste w ciekach surowych spowodowany by pobieraniem prbek z rnym opnieniem czasowym w stosunku do momentu rozpoczcia spywu i zwizanym z tym czciowym osadzeniem na dnie i zatrzymaniem czstek zawiesin na rolinnoci trawiastej porastajcej doprowadzalnik. Z rysunku 2 wynika, i najwiksze obnienie ste zawiesiny nastpuje w pierwszych 15 minutach sedymentacji. Spowodowane jest to opadaniem najwikszych czstek spukiwanych ze zlewni w czasie pierwszej fali spywu. Wielkoci ste zawie-siny oglnej po 120 minutach sedymentacji wahaj si od 120 do 540 mg dm-3.

    Czog = 1541,7*t-0,2596

    R2 = 0,645 r = 0,80

    0,338

  • Znaczenie procesu sedymentacji

    175

    Porwnujc uzyskane wyniki z Rozporzdzeniem Ministra rodowiska z dnia 24 lipca 2006 roku [Dz.U. nr 137, poz. 984], naleaoby cieki te podda dodatkowym procesom podczyszczania ze wzgldu na zawiesin, gdy jej war-toci po sedymentacji przekraczaj dopuszczalne stenie rwne 100 mg dm-3. Po czasie 15 minut sedymentacji redukcja zawiesiny oglnej wahaa si od 46,3 do 57,1%. Podobne wyniki redukcji zawiesin w czasie sedymentacji podaje Osuch-Padziska [1979]: wielko ta wynosia rednio 41% po 40 minutach sedymentacji.

    Z powodu zmniejszajcej si w czasie sedymentacji wielkoci czstek, efekt redukcji zawiesin ulega obnieniu. Po 120 minutach sedymentacji wiel-ko redukcji zawiesiny wynosia od 61 do 76,2%. Uzyskany wynik wiadczy o obecnoci w cieczy nadosadowej frakcji trudno opadajcej. Wedug bada przeprowadzonych przez lusarczyka i Zawilskiego [1983] oraz Kalinowskiego [1983], nawet po 24 godzinach sedymentacji redukcja zawiesin wynosia od 60 do 95%. Przebieg ste zawiesiny oglnej aproksymowano funkcj potgow typu: y = axb.

    Stae rwnania oszacowane metod najmniejszych kwadratw wraz z rw-naniami szczeglnymi oraz przedzia ufnoci wspczynnika korelacji na pozio-mie 95% podano na rysunku 2.

    Podobnie, jak w przypadku zawiesin oglnych, wartoci ChZT rwnie ulegaj zmniejszeniu w trakcie procesu sedymentacji (rys. 3). Pocztkowe war-toci ChZT obserwowane w ciekach surowych, wahajce si od 391,23 do 696,73 mgO2 dm-3, ulegaj obnieniu w granicach od 46,77 do 66,97 mgO2 dm-3 po 120 minutach sedymentacji. Jest to w gwnej mierze spowodowane redukcj zawiesin, ktre na swych powierzchniach adsorbuj zanieczyszczenia organiczne. W pocztkowych 15 minutach bada wielko redukcji ChZT wa-haa si od 5,6 do 28,1%; niewielka redukcja ChZT w przypadku prby z 4 kwietnia 2003 r. moe by spowodowana obecnoci substancji oleistych zak-cajcych proces sedymentacji w prbie. Podczas bada prb z 4 kwietnia obser-wowano rozproszenie w caej objtoci leja zawiesiny wraz z unoszcymi si na powierzchni smugami oleju.

    Redukcja ChZT po upywie 120 minut sedymentacji wahaa si od 85,5 do 90,4%. Dla przykadu uzyskane przez lusarczyka i Zawilskiego [1983] wielko-ci redukcji ChZT po 120 minutach sedymentacji w prbach spywu roztopowe-go wynosz 64% dla prby zwykej i 68% dla prby przesczonej przez sczek. Przebieg wartoci ChZT aproksymowano funkcj wykadnicz typu: y = aexp(bx). Stae w rwnaniach oszacowane metod najmniejszych kwadratw wraz z przedziaem ufnoci wspczynnika korelacji na poziomie 95% podano na rysunku 3. Obliczona warto wspczynnika korelacji wynosi 0,839. Wsp-czynnik korelacji midzy wartociami ChZT a czasem sedymentacji jest istotny statystycznie na poziomie = 0,05.

  • Andrzej Waga, Stanisaw Krzanowski

    176

    CCHZT = 398,88e-0,0185t

    R2 = 0,7038r = 0,839

    0,441

  • Znaczenie procesu sedymentacji

    177

    CCHZT = 163,1Ln(CZog) - 981,12R2 = 0,7462

    r = 0,8340,428

  • Andrzej Waga, Stanisaw Krzanowski

    178

    BIBLIOGRAFIA

    Braune M. J., Wood A. Best management practices applied to urban runoff quantity and quality control. Wat. Sci. Tech. 1999, 39 (12), s. 117121.

    Kalinowski M. Efekt sedymentacji ciekw opadowych. Mat. III Oglnopolskiego Seminarium pt. cieki deszczowe, 408, Sielpia, wrzesie 1983, s, 150157.

    Krzanowski S., Radecki-Pawlik A. Studium nad zagospodarowaniem wd...

Recommended

View more >