Inżynieria Środowiska

Bilansowanie zasobów wodnych

2013-01-13T06:27:00.001-08:00

Bilansowanie zasobów wodnych

Definicje:

1. Zasoby wodne są to wszelkie wody znajdujące się na danym obszarze stale lub występujące na nim czasowo (Dębski).

2. Przepływ średni roczny – Q_śr -jest to średnia arytmetyczna przepływów z wielolecia.

3. Średni roczny odpływ - V_śr średnia arytmetyczna z odpływów rocznych z wielolecia. Jest to całkowita ilość wody w mln m³jaka przeciętnie w ciągu całego roku przepływa przez profil ujściowy, pojęta jako średnia arytmetyczna z wielolecia (Lambor).

4. Moduł odpływu - dzieląc średni roczny odpływ przez powierzchnię zlewni otrzymamy tzw. moduł odpływu MO.

5. Moduł opadu - odpowiada średniemu rocznemu opadowi z wielolecia MP. Jest to normalny opad roczny wyrażony w mm.

6. Współczynnik odpływu a - jest to liczba niemianowana, mniejsza od jedności. Wielkość ta charakteryzuje potencjał zlewni i po pomnożeniu jej przez 100 charakteryzuje procentowy udział odpływu w stosunku do opadu.

a=MO/M P

Jednym ze sposobów opracowania bilansu wodnego jest porównanie ilości wody jaka dostaje się do zlewni z wodą zatrzymaną w zlewni oraz ilością jaka z niej odpływa w danym przedziale czasu (np miesiąc, rok, wielolecie).

Ponieważ rozwój przemysłu, różnego rodzaju zjawiska klimatyczne (ciąg lat suchych, mokrych), wymuszają zmiany w zasobach wodnych i sposobach użytkowania wody zmieniają się również składniki bilansu. Stąd konieczność sporządzania różnego rodzaju bilansów. Wybór sposobu rozwiązania zależy od rozpatrywanego okresu czasu, od wielkości bilansowanego obszaru, od celu jakiemu ma służyć bilans itp. Wymaga on dokładnego rozpoznania terenu, jego budowy geologicznej, pokrycia, ukształtowania, źródeł zasilania itp.

Bilanse szczegółowe, które oprócz opadu, odpływu i strat na parowanie uwzględniają również retencję opracowuje się głownie dla małych obszarów i dla krótkich okresów czasu.

Dla długich okresów i znacznie większych obszarów wprowadza się uogólnienia pozwalające na uzyskanie wyników, charakterystycznych dla wielolecia. Mamy wówczas do czynienia z bilansami surowymi polegającymi na zestawieniu opadu i odpływu.

Drenaż

2012-07-23T10:13:00.003-07:00

Drenaż rozsączający

Drenaż rozsączający stanowi układ podziemnych perforowanych drenów, wprowadzających mechanicznie oczyszczone ścieki do gruntu w celu dalszego ich biologicznego oczyszczania. Ścieki infiltrujące przez porowaty grunt są oczyszczane w wyniku zachodzących procesów fizycznych, biologicznych i chemicznych. Adsorpcja zanieczyszczeń na powierzchni cząstek gruntu powoduje intensywny rozwój mikroorganizmów tworzących tzw. błonę biologiczną. Mikroorganizmy te powodują rozkład zanieczyszczeń organicznych na stałe i gazowe produkty nieorganiczne oraz na masę komórkową. Jednocześnie w gruncie zachodzą chemiczne reakcje strącania zanieczyszczeń nieorganicznych, które w zależności od panujących w środowisku warunków (pH, zawartość tlenu w gruncie) mogą być gromadzone lub wymywane. W końcowym efekcie, w gruncie odbierającym ścieki tworzy sie, wokół jego cząstek warstwa biochemiczna zwana biomatą. Biomata działa, zatem tak jak filtr mechaniczny i biologiczny. W dłuższym okresie eksploatacji drenażu rozsączającego następuje wzrost grubości biomaty, co może zmniejszyć szybkość przepływu ścieków, a nawet ograniczyć możliwość ich odprowadzania do gruntu. Z tego też względu zaleca się stosowanie symultanicznego doprowadzania mechanicznie oczyszczonych scieków tak, aby zmniejszyć warstwę biologiczną oraz stworzyć warunki do właściwej infiltracji ścieków. Według Metcalfa i Eddy'ego* przed właściwym drenażem rozsączającym, a po osadnikach gnilnych, zaleca się stosowanie urządzeń dawkujących ścieki, przy czym w przypadku małych przydomowych oczyszczalni mogą to być dawkowniki syfonowe, natomiast w przypadku oczyszczalni przeznaczonych dla kilku domów - małe urządzenia pompowe z zastosowaniem pomp zatapialnych. Urządzenie dawkujące może być wbudowane w osadnik gnilny.

Drenaż rozsączający może być stosowany wówczas, gdy ilość ścieków nie przekracza 20 m³/d**. Dalsze ograniczenie tej wielkości zostało wprowadzone w polskich przepisach***, które dopuszczają odprowadzanie do ziemi scieków

___________________

Metcaif and Eddy: Wastewater Engineering Treatrnent, Disposal, Reuse. Third edition. McGraw Hill. New York 1991.

Metcalf and Eddy: Wastewater Engineering. Treatrnent, Disposai, Reuse. Third edinon. McGraw Hill. New York 1991.

Rozporządzenie Ministra Środowiska z dn. 24 lipca 2006 r., 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. Nr 137, poz. 984, 2006 r.

mechanicznie oczyszczonych w ilości nie przekraczającej 5 m³/d przy jednoczesnym spełnieniu warunku, że zwierciadło wody podziemnej znajduje sie co najmniej 1,5 m poniżej poziomu ułożenia drenów.

Projektując drenaż rozsączający należy pamiętać, ze w istocie urządzenie to składa sie z dwóch podstawowych elementów, a mianowicie z układu rowów, w których ułożone są dreny z obsypką (warstwa rozsączająca) oraz warstwy rodzimego gruntu położonego poniżej tych rowów. Właśnie ta druga warstwa decyduje o wymiarach drenażu i sposobie jego ułożenia, a przede w wszystkim daje podstawę do określenia najistotniejszego parametru, jakim jest obciążenie hydrauliczne drenów wyrażone w dm³/m*d. Określenie dopuszczalnego hydraulicznego obciążenia drenów wymaga przeprowadzenia każdorazowo badań gruntowych, których celem jest określenie rodzaju gruntu, a właściwie jego przepuszczalności. Przepuszczalność gruntu musi być ustalona na podstawie badan gruntowych, które powinny obejmować badanie położenia zwierciadła wody gruntowej, krzywej przesiewu oraz testu infiltracji, zwanego testem Porcheta lub testem perkolacyjnym.

Dla przybliżonej oceny przepuszczalności gruntu można wykorzystać diagram krzywych przesiewu (rys. 8-1).

W wielu krajach jako podstawę do zaprojektowania drenażu rozsączającego traktuje się wyniki testu perkolacyjnego. W Polsce test perkolacyjny przeprowadza się według metodyki przedstawionej w tabeli 8-1.

Zasady przeprowadzania testu perkolacyjnego we Francji podano w tabeli 8-2. Test perkolacyjny według Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) przeprowadza się według zasad podanych w tabeli 8-3.

Wybór sposobu przeprowadzania testu perkolacyjnego zależy tylko od jego wykonawcy. Należy jednak pamiętać, ze wynik testu powinien być w każdym przypadku interpretowany zgodnie z zaleceniami wynikającymi z metodyki jego przeprowadzania. Warto również zwrócić uwagę na to, że ze względu na zazwyczaj dość znaczną powierzchnie przeznaczoną pod drenaż, właściwe byłoby wykonanie kilku badań w rożnych miejscach, przeznaczonych pod lokalizację drenażu. Jeżeli w badanym gruncie wyniki testów są bardzo rozbieżne, to do ustalenia wymaganej długości drenów należy przyjąć najgorsze warunki gruntowe i wynikające z tego najmniejsze obciążenie drenów.

A. Standardowe krzywe uziarnienia gruntu

B. Interpretacja krzywych - dopuszczalne obciążenie hydrauliczne gruntu

(q w dm³/m²* d) odbierającego mechanicznie oczyszczone ścieki:

- krzywa uziarnienia przebiega w polu A - q = 50-60 dm³/m² *d,

- krzywa uziarnienia przebiega głównie przez pole A, lecz jej niewielka cześć mieści się w polu B (d₅₀ > 0,25 mm, d₁₀ > 0,06 mm) - q L 40 dm³/m²*d,

- krzywa uziarnienia przebiega głównie lub całkowicie przez pole B - q L 30 dm³/m²*d.

Rys. 8-1: Standardowy zakres krzywych uziarnienia próbek gruntu pobranych z profilu glebowego głębokości 2,0 - 2,5m i ich interpretacja.

Źródło: Szwedzki Urząd Ochrony Przyrody: Ogólne zalecenia 87.6. małe oczyszczalnie ścieków. 1990.

Korzystanie z testu perkolacyjnego jest najwłaściwszym podejściem do projektowania drenażu rozsączajacego, aczkolwiek w niektórych krajach nie wskazuje się na konieczność jego wykonania, wymagając jednak rozpoznania rodzaju gruntu. Przykładem takiego podejścia są wymagania zawarte w normie niemieckiej DiN 4261* (tab. 8-4).

Nieco inne zalecenia dotyczące drenażu rozsączającego zostały podane przez Szwedzki Urząd Ochrony Przyrody** (tab. 8-5).

Praktyczne dane dotyczące projektowania drenażu rozsączającego zostały podane przez PURFLO - Polska. Wynika z nich, ze dla podstawowego układu oczyszczania należy przyjmować długość drenażu równa, 24 m na 1 m³ osadnika gnilnego. Oznaczałoby to, że przy jednostkowej pojemności osadnika gnilnego 0,5 m³/M, jednostkowa długość drenażu rozsączającego powinna wynosić

l_d = 12 m/M. Do tej wartości należy stosować współczynniki korygujące zależne od rodzaju terenu powodujące, ze jednostkowa długość drenażu powinna wynosić:

__________________

* DIN 4261. Kleinlclaranlagen. Juni 1994. ** Szwedzki Urząd Ochrony Przyrody. Ogólne zalecenia 87,6. Małe oczyszczalnie ścieków. 1990.

- dla terenu podmokłego l_d = 24 m/M,

- dla terenu o dobrej przepuszczalności (piasek i piasek gliniasty) - l_d = 8 m/M,

- dla terenu o bardzo dobrej przepuszczalności (żwir i piasek) - l_d = 16 m/M,

- dla terenu o słabej przepuszczalności (glina piaszczysta) - l_d = 24 m/M.

Na podstawie tych informacji można przyjąć ogólne zasady projektowania drenażu rozsączającego wg tabeli 8-6.

Tab. 8-2. Test perkolacyjny, według zaleceń francuskich.

Źródło: Ascenizacja indywidualna. Zeszyty Techniczne Francuskiego Ministerstwa ochrony Środowiska. Warszawa 1982.

Tab. 8-3. Test perkolacyjny według zaleceń amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA).

Źródło: Onsite Wastewater Treatment and Disposal Systems. Environmental Protection Agency. USA 1980.

Tab. 8-4. Ogólne zasady projektowania drenaży rozsączających według DIN 4261.

Źródło: DIN 4261. Kleinklaranlagen. Juni 1991.

Zasadę układania drenów drenażu rozsączającego pokazano na rysunku 8-2.

Obecnie zaleca się wykonywanie drenażu z perforowanych rur PVC z taka, perforacją, aby zapewnić równomierne rozprowadzanie ścieków po całym złożu gruntowym. Przetestowanie zarówno tradycyjnych rur rozsączających, jak i z otworami w dnie wykazało, że żadna z nich nie działa w pełni zadowalająco. Z tego powodu opracowano nowy typ rur rozsączających, które zapewniają równomierne rozprowadzanie ścieków na całej długości drenażu. Obecnie stosowanych jest pięć typów rur (rys. 8-3) o różnym usytuowaniu otworów i różnej ich liczbie. Długość poszczególnych typów rur wynosi 3 m.

Tab. 8-5. Zasady wykorzystania drenażu rozsączającego według zaleceń szwedzkich.

Źródło: Szwedzki Urząd Ochrony Przyrody. Ogólne zalecenia 87.6. Małe oczyszczalnie ścieków. 1990.

Jeżeli drenaż rozsączający wymaga zastosowania kilku ciągów, a zazwyczaj tak jest, to konieczne jest zastosowanie studzienki (komory) rozdzielczej, gwarantującej równomierny rozdział ścieków na poszczegó1ne ciągi drenażowe. Takie studzienki oferowane są przez wiele firm.

Rys. 8-2: Ogó1na zasada układania drenów drenażu rozsączającego (wymiary w centy-metrach).

Źródło: Osmulska-Mróz B.: Lokalne systemy oczyszczania ścieków. Poradnik. Wyd. Instytutu Ochrony Środowiska. Warszawa 1995.

Tab. 8-6. Propozycje zasad projektowania drenaży rozsączających.

Źródło: Heidrich Z.: Przydomowe oczyszczalnie ścieków. Wyd. COIB. Warszawa 1998.

Rys. 8-3: Przekroje rur drenażowych oferowanych przez firmę Wavin Metalpiast-Buk Sp. z o.o.

Źródło: Wavin Metalpiast-Buk Sp. z o.o. Katalog firmowy.

Rys. 8-4: Zasady sytuowania osadnika gnilnego oraz drenażu rozsącającego wg Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dn. 12 kwietnia 2002 r.

Źródło: Błażejewski R.: Kanalizacja wsi. Wyd. PZITS, Oddz. w Poznaniu. Poznań 2003 r.

Badania skuteczności oczyszczania ścieków za pomocą drenażu rozsączającego były przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych*. Badania te przeprowadzono na głębokościach 0,3 m i 0,9 m poniżej warstwy rozsączającej drenażu, a ich wyniki przedstawiono w tabeli 8-7.

Analiza danych przedstawiona w tabeli 8-7 wskazuje wyraźnie, ze drenaż rozsączający bardzo skutecznie oczyszcza ścieki, a jedynym problemem jest stężenie azotu azotanowego, co oznacza (i jest zrozumiane), że nie zachodzi proces denitryfikacji.

Drenaż rozsączający powinien być, według rozporządzenia Ministra Infrastruktury** (Dz. U. Nr 75, Poz. 690, 2002), oddalony przynajmniej 70 m (30 m, jeśli ścieki zostały oczyszczone biologicznie) od studni stanowiącej ujęcie wody pitnej (rys. 8-4), 7,5 m od granicy działki, drogi publicznej lub chodnika przy ulicy, ale tylko 2 m przy zabudowie indywidualnej lub zagrodowej. Przepisy krajowe nie regulują odległości drenaży rozsączających od najbliższych zbiorników wodnych zagrożonych eutrofizacją (głównie jezior bezodpływowych). Warto zwrocie uwagę, że bezpieczne odległości studni od urządzeń kanalizacyjnych zależą w dużym stopniu od wodoprzepuszczalności gruntu i kierunku przepływu wód gruntowych, a nie znalazło to odzwierciedlenia w przepisach

______________________

Metcalf and Eddy. Wastewater Engineenng. Treatment, Disposai, Reuse. Third Edinon. McGraw Hill 1991.

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury, z dnia 12 kwietnia 2002 r., w sprawie warunków, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz. U. Nr 75, Poz. 690, 2002 r.

Tab. 8-7. Efektywność oczyszczania ścieków za pomocą drenażu rozsączającego na podstawie badań amerykańskich.

Źródło: Metcalf and Eddy. Wastewater Engineering. Treatment, Disposal, Reuse. Third Edition. McGraw Hill Inc. 1991.

krajowych. Przy projektowaniu urządzeń do podziemnego rozsączania ścieków, oprócz wymienionych powyżej, warto zachowywać następujące minimalne odległości: 5 m od budynków mieszkalnych, 3 m od drzew, 1,5 m od rurociągów gazowych i wodociągowych, 0,8 m od kabli elektrycznych i 0,5 ni od kabli telekomunikacyjnych.

Przyjmując powyższe ograniczenia lokalizacyjne, minimalna powierzchnia działki niezbędna dla domu jednorodzinnego - przy założeniach, ze: jej szerokość jest równa 20 m, zamieszkuje 5 osób korzystających ze studni oraz osadnika gnilnego z drenażem rozsączającym - wynosi około 1800 - 2000 m². Działka bez studni może być kilka razy mniejsza. Dla ochrony zasobów wód podziemnych zaleca się aby zagęszczenie tych systemów na danym terenie nie przekraczało jednego systemu na 2000 - 4000 m² w zależności od miejscowych warunków gruntowo-wodnych*.

________________

* Błażejewski R.: Kanalizacja wsi. Wyd. PZITS, Oddz. w Poznaniu. Poznań 2003.

Flotacja

2012-07-18T08:51:00.000-07:00

Flotacja:

Flotacja jest procesem stosowanym w technologii oczyszczalnia ścieków wówczas gdy oddzielamy od ścieków substancje stałe lub ciekłe o gęstości zbliżonej do gęstości wody. Substancje te ze na swój ciężar właściwy bardzo trudno sedymentują gdyż siły grawitacyjne i wyporu działające na cząstkę zawieszoną w wodzie są w równowadze . Zmniejszając siłę lepkości dążymy do zróżnicowania tych sił. Najczęściej w procesach flotacji stosuje się pęcherzyki powietrza do unoszenia drobnych zanieczyszczeń które wyniesione na powierzchnię komory zostają zgarniane odpowiednimi zgarniaczami.

Proces flotacji jest prawidłowy oraz najefektywniejszy gdy ścieki są nie tylko dobrze napowietrzone ale jednocześnie pęcherzyki gazu są mocno związane z cząsteczkami zanieczyszczeń. Mocniejsze związanie pęcherzyków gazu z cząsteczkami zawiesin uzyskamy przez dodanie do ścieków środków chemicznych które zmieniają napięcie powierzchniowe. Należą do nich kolektory (zbieracze) które absorbują na powierzchni ciała stałego tworząc cieką błonę. Zdarza się również dodawanie tzw. aktywatorów których zadaniem jest regulowanie pracy zbieraczy.

Środki zmniejszające lepkość maja wspólna cechę jako jest posiadanie dwóch grup hydroforowej (oddalającej się od wody) oraz hydrofilowe starającej się utrzymać w środowisku wodnym.

Do środków najczęściej stosowanych przy procesie flotacji zaliczamy: środki powierzchniowo – czynne (detergenty), ksantogeniany, cyjanki.

Proces flotacji znajduje zastosowanie w technologii oczyszczania ścieków miejskich (usuwanie zawiesin olejów i tłuszczów) oraz szczególnie w procesie w drobnych włókien.

Cel i zakres ćwiczenia.

Celem badań jest oddzielenie od ścieków zawiesin oraz zemulgowanych ciekłych zanieczyszczeń (tłuszczów, olei).Badanie pozwala na określenie optymalnych parametrów flotacji tj. rodzaju i ilości związku powierzchniowo-czynnego oraz czasu napowietrzania ścieków.

Wykonanie ćwiczenia

1.Do 3 zlewek o pojemności 2 dm³ wlewamy 0,5 dm³ ścieków z beczki odmierzony cylindrem miarowym oraz wprowadzamy rosnące porcje (1,2,3 cm³)środka powierzchniowo-czynnego(detergenta).

2.Ścieki podajemy napowietrzaniu przez 10 min pompką akwaryjną.

3.Po napowietrzaniu próbka ma odstać przez 10 minut .

4.Ze środka zlewek pobieramy pipetą próby ścieków i wykonujemy oznaczenie olejów i tłuszczów.

5.Równolegle oznaczamy oleje i tłuszcze w ściekach surowych.

Oznaczenie olejów i tłuszczów

Tok postępowania:

1. Przygotować 3 naczynka wagowe(umyć i wypłukać wodą destylowaną suszyć 15 minut w suszarce i ostudzić w eksykatorze i zważyć z dokładnością do 0,0001 g.

2. Przygotować rozdzielacze: nasmarować szlify jeżeli nie są.

3. Odmierzyć 100 cm³ badanych ścieków do rozdzielacza.

4. Zakwasić próbkę 2 cm³ roztworu kwasu siarkowego 1+1

5. Dodać 10 cm³ eteru naftowego i wstrząsać energicznie w rozdzielaczu w ciągu 2 minut.

6. Po rozdzieleniu warstwy ,warstwę wodną wylać a warstwę rozpuszczalnika (górną) przenieść do czystego, zważonego naczynka . przepłukać dokładnie 3 krotnie 1-3 ml wody destylowanej i zlać do naczynka.

7. Odparować rozpuszczalnik na łaźni wodnej pod wyciągiem.

8. Wysuszyć naczynko w tem.103⁰C ostudzić w eksykatorze i zważyć.

Zawartość olejów i tłuszczów

X=a*1000/V

gdzie: a- przyrost ciężaru naczynka [mg]

V- objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia [cm³]

Efektywność usuwania olejów i tłuszczów.

η=[(S₀-S_i) : S₀]∙100%

S₀-stężenie olejów i tłuszczów w ściekach surowych

S_i- stężenie olejów i tłuszczów dla i-tej dawki

η=[(S₀-S_i) : S₀]∙100%=[(790-580) : 790]∙100%=25%

efektywnosc1=25%

η= [(S₀-S_i) : S₀]∙100% =[(790-200) : 790]∙100%=75%

efektywnosc2 = 75%

wyszczególnienie	jednostka	Ścieki surowe	Dawka 2dm³	Dawka 6dm³
Waga pustego naczynka	mg	76601	76129	70583
Waga naczynka z tłuszczem	mg	76680	76187	70603
Różnica wagi	mg	79	58	20
Zawartość olejów i tłuszczów	mg/ dm³	790	580	200
Efektywność usuwania tłuszczów	%		25	75

STUDNIA WIERCONA-PROJEKT

2012-06-05T03:26:00.000-07:00

Wybór typu filtra dokonujemy kierując się poniższym opisem:

Wytyczne stosowania filtrów studziennych

1. Skały zwięzłe osypujące, skały sypkie (frakcje kamieniste, otoczaki). Ziarna o średnicy 25 – 100 mm stanowią ponad 50% zawartości. Filtry otworowe z perforacją okrągłą lub szczelinową, filtry prętowe.

2. Żwir, pospółka. Żwir: ziarna o średnicy większej od 2 mm stanowią ponad 50 zawartości; pospółka: ziarna o średnicy większej od 2 mm stanowią 10 – 50% zawartości. Filtry otworowe z perforacją okrągłą lub szczelinową owinięte spiralnie drutem; filtry mostkowe; filtry prętowe owinięte spiralnie drutem oraz pokryte blachą z wytłaczanymi otworkami.

3. Piaski grube. Ziarna o średnicy większej od 0,5 mm stanowią ponad 50% zawartości (D₅₀ > 0,5 mm). Filtry otworowe z perforacją okrągłą lub szczelinową owinięte spiralnie drutem oraz otoczone siatką o oczkach kwadratowych (ew. blachą z wytłaczanymi otworkami); filtry prętowe owinięte spiralnie drutem oraz ewentualnie siatką o splocie kwadratowym lub blachą z wytłaczanymi otworkami.

4. Piaski średnie. 0,5 mm > D₅₀ . 0,25 mm. Filtry otworowe z perforacją okrągłą lub szcelinową owinięte spiralnie drutem i ewentualnie otoczone siatką o splocie rypsowym; filtry obsypkowe z perforacją okrągłą lub szczelinową lub prętowe z jednowarstwową obsypką.

5. Piaski drobne. Ziarna o średnicy większej niż 0,25 mm stanowią mniej niż 50% zawartości (D₅₀ ≤ 0,25 mm). Filtry obsypkowe z perforacją okrągłą lub szczelinową, dwu lub trzywarstwowe.

6. Piaski pylaste. Ziarna o średnicy większej niż 0,25 mm stanowią mniej niż 50% zawartości lecz frakcji pyłowej jest 10 – 30%, zaś iłowej mniej niż 2%. Filtry obsypkowe jak w punkcie 5.

Dobór obsypek

1. Miarodajną średnicę D₅₀ pierwszej warstwy obsypki dokonujemy według relacji: (d₅₀ oznacza średnicę uziarnienia warstwy wodonośnej) q1=D50/d50=8 do 12
2. Dalsze warstwy obsypki obliczamy:qi=D (i+1)/Di= 4 do 6 (indeks i+1 oznacza średnicę ziarn zewnętrznej warstwy obsypki).

1 warstwa warunek 100mm<d0

2 60 mm<d

Grubości obsypek:

1. Obsypka z piasku filtracyjnego: pierwsza warstwa g ≥ 100 mm, druga i następna g ≥ 60 mm.

2. Obsypka z żwiru filtracyjnego: pierwsza warstwa g ≥ 150 mm, druga i następne g ≥ 80 mm

Perforacja rury filtrowej

Zalecane wymiary otworów wlotowych okrągłych (d_o) lub szczeliny (t):

1. Filtry z perforacją okrągłą przy U ≤ 2: (2,5 – 3,0)D₅₀ i przy U > 2: (3,0 – 4,0)D₅₀

2. Filtry z perforacją szczelinową odpowiednio: (1,25 – 1,5)D₅₀ i (1,5 – 2,0)D₅₀

3. Filtry siatkowe: (1,5 – 2,0)D₅₀i (2,0 – 2,5)D₅₀

4. Filtry prętowe: 1,25D₅₀ i 1,5D₅₀

gdzie U = D₆₀ / D₁₀ Ponadto stosuje się warunki dodatkowe:

d_o ≤ 0,1D_z i t ≤ 0,1D_z (D_z – średnica zewnętrzna rury filtrowej)
Otworki okrągłe: a = 20÷40 mm (a - odległość otworków w pionie); b = 20÷40 mm (b – odległość otworków w poziomie).
Otworki szczelinowe: b = (8÷12)t (b – odległość między osiami szczelin w poziomie); c = 10 ÷ 20 mm (c – odległość między górną i dolną krawędzią szczelin); l = 30 ÷ 100 mm (l – długość szczelin)

Wstępne przyjęcie długości filtra

Dla M ≤ 15 m: l_f = (0,4 ÷ 0,8)M oraz dla H ≤ 15 m: l_f = (0,4 ÷ 0,6)H
Dla M > 15 m lub H > 15 m za pomocą metody oporów filtracyjnych za pomocą relacji: (Z – współczynnik poprawkowy)

Określenie prędkości krytycznej filtracji (ochrona studni przed przedostawaniem się osadów)

Prędkość krytyczna: (gdzie: np. - porowatość ośrodka; d_e= c*d₁₀; d_e- średnica efektywna ziaren; ν – współczynnik kinematycznej lepkości)

Zestawienie wartości c

U	c	U	c	U	c	U	c
1,00 ÷1,25	1,1	2,0÷2,5	1,7	3,5÷4,0	2,05	6,0÷7,0	2,3
1,25÷1,5	1,3	2,5÷3,0	1,85	4,0÷5,0	2,15	7,1÷10,0	2,35
1,5÷2,0	1,5	3,0÷3,5	1,95	5,0÷6,0	2,25	≥10	2,4

Zestawienie R_kr (przy np = 0,40)

d_e (mm)	R_kr	d_e (mm)	R_kr
1,0 ÷ 1,5	4,0	5,0 ÷ 7,0	10,5
1,5 ÷ 2,0	5,5	7,0 ÷ 10,0	18,0
2,0 ÷ 3,0	6,5	10,0 ÷ 15,0	24,0
3,0 ÷ 5,0	9,0

Grubości obsypek:

1. Obsypka z piasku filtracyjnego: pierwsza warstwa g ≥ 100 mm, druga i następna g ≥ 60 mm.

2. Obsypka z żwiru filtracyjnego: pierwsza warstwa g ≥ 150 mm, druga i następne g ≥ 80 mm

Zalecane długości rury podfiltrowej: głębokość studni do 15 m: 1,5 – 2,0 m; 16 – 30 m: 3,0 m; 30 – 90 m: 5,0 m; powyżej 90 m: 10 m

G. Prędkość dopuszczalna z uwagi na sufozję

H. Określenie dopuszczalnego wydatku (przy założeniu jednolitego dopływu jednostkowego wzdłuż filtra):

1. Z uwagi na wartość prędkości krytycznej na granicy warstwa wodonośna – obsypka zewnętrzna: (D – średnica filtra na wymienionej granicy)

2. Z uwagi na wartość prędkości krytycznej na granicy obsypka zewnętrzna – obsypka wewnętrzna: jak wyżej

3. Z uwagi na wartość prędkości krytycznej na granicy obsypka wewnętrzna – szkielet filtra: jak wyżej

4. Z uwagi na wartość prędkości dopuszczalnej wg Abramowa: (v_dop – najmniejsza wartość dopuszczalnej prędkości przy założeniu jednolitego dopływu jednostkowego do studni)

6. Z uwagi na wartość prędkości przepływu wewnątrz rury filtrowej:

(v_p = 0,5 ÷1,0 m/s)

I. Określenie dopuszczalnego eksploatacyjnego wydatku studni przy uwzględnieniu nierównomierności rozkładu dopływu wzdłuż filtra: gdzie:

Orientacyjne wartości parametru hydraulicznego µm

Rodzaj filtra	Porowatość szkieletu m (%)	Wartość współczynnika µ w zależności od D₅₀ obsypki w mm
Rodzaj filtra	Porowatość szkieletu m (%)	20	16	12	10	8	6	4	2	1,4
Mostkowy	3,5 7,2 11,2 14,6	0,82 0,64 0,56 0,53	0,81 0,62 0,52 0,48	0,78 0,57 0,46 0,42	0,75 0,53 0,41 0,37	0,69 0,48 0,36 0,32	0,60 0,40 0,30 0,27	0,48 0,30	0,32	0,26
Prętowy	18,2 30,8	0,51 0,34	0,51 0,34	0,51 0,34	0,50 0,33	0,48 0,32	0,46 0,30	0,41 0,27	0,34 0,23	0,32 0,19
Szczelinowy	4,8	0,88	0,84	0,79	0,75	0,68	0,57
Perforowany z siatką	14,8	0,68	0,68	0,68	0,68	0,68	0,67	0,62	0,48	0,40

J. Obliczenie charakterystyki studni przy uwzględnieniu niezupełności (sposób przybliżony):

Zestawienie wartości współczynnika redukcyjnego w_r

t/h_o lub L/M	w_r	t/h_o lub L/M	w_r	t/h_o lub L/M	w_r
0,9	0,975	0,5	0,785	0,2	0,518
0,8	0,945	0,4	0,712	0,15	0,452
0,7	0,895	0,3	0,625	0,1	0,370

gdzie: t – czynna długość filtra, h_o – odległość stropu warstwy nieprzepuszczalnej od poziomu dynamicznego zwierciadła wody w studni (horyzont swobodny), M – miąższość warstwy wodonośnej dla horyzontu napiętego.

l_o/M lub l_o/M	M/r lub M/r
l_o/M lub l_o/M	2	3	5	10	20	30	50
0,02 0,06 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,94 0,98	0,4607 0,4528 0,4379 0,3780 0,3028 0,2271 0,0586 0,0569 0,0556 0,0236 0,0054 0,0018 0,0002	1,0724 1,0454 0,9962 0,8215 0,6333 0,4642 0,3219 0,2063 0,1163 0,0513 0,0123 0,0043 0,0004	2,5591 2,4403 2,2491 1,7115 1,2526 0,8934 0,6142 0,3971 0,2301 0,1070 0,0278 0,0099 0,0011	6,7596 6,0142 5,1449 3,4646 2,3875 1,6548 1,1280 0,7355 0,4385 0,2165 0,0635 0,0345 0,0028	15,2894 11,9085 9,3363 5,6714 3,7456 2,5469 1,7263 1,1320 0,6880 0,3545 0,1153 0,0485 0,0064	23,1689 16,3363 12,2382 7,0960 4,6026 3,1046 2,0994 1,3799 0,8454 0,4425 0,1511 0,0666 0,0096	36,5591 22,6906 16,2134 8,9783 5,7222 3,8300 2,5841 1,7023 1,0510 0,5612 0,2002 0,0925 0,0152

l_o/M lub l_o/M	M/r lub M/r
l_o/M lub l_o/M	100	200	500	1000	1500	2500
0,02 0,06 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,94 0,98	60,2830 32,2476 21,9705 11,6283 7,2847 4,8389 3,2574 2,1506 1,3380 0,7268 0,2713 0,1314 0,0251	88,5711 42,4342 27,9636 14,3390 8,8745 5,8631 3,9407 2,6058 1,6300 0,8962 0,3452 0,1729 0,0369	129,8850 56,3790 34,0616 17,9669 10,9959 7,2282 4,8510 3,2125 2,0197 1,1230 0,4452 0,2297 0,0541	162,5400 67,1000 42,2500 20,7270 12,6077 8,2648 5,5421 3,6733 2,3157 1,2955 0,5216 0,2734 0,0678	182,0150 74,4063 45,8827 22,3448 13,5520 8,8719 5,9469 3,9431 2,4892 1,3966 0,5666 0,2991 0,0759	206,7370 81,3725 30,4669 24,3848 14,7424 9,6374 6,4572 4,2833 2,7078 1,5241 0,6231 0,3316 0,0862

STABILIZACJA BEZTLENOWA

2012-06-04T10:27:00.002-07:00

STABILIZACJA BEZTLENOWA JEDNOSTOPNIOWA TERMOFILOWA

CEL I ZAKRES ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest ocena rozkładu związków organicznych zawartych w osadach ściekowych w procesie fermentacji metanowej termofitowej. Zakres badań będzie obejmował ocenę zmian jakości osadu przed i po procesie fermentacji termofitowej oraz ilości i powstającego biogazu.

APARATURA I SPRZĘT

1. Laboratoryjny model komory fermentacyjnej Labfermenter L 1523 szwajcarskiej firmy Bioengineering (rys.8.2).

2. Zestaw do oznaczania suchej masy (łaźnia wodna, suszarka, eksykator, waga analityczna, parownice porcelanowe).

3. Zestaw do oznaczania strat po prażeniu (piec muflowy z temperaturą prażenia 550⁰C, eksykator, waga analityczna, parownice porcelanowe).

4. Zestaw szkła i odczynników do oznaczania zasadowości.

5. Zestaw szkła i odczynników do oznaczania ChZT.

6. Pehametr.

7. Zestaw do destylacji z parą wodną.

8. Wirówka laboratoryjna.

9. Waga szalkowa.

1. Termometr pokojowy.

1. Barometr.

WYKONANIE ĆWICZENIA

Model komory fermentacyjnej o pojemności 19 dm³ (rys. 8.2 ) został napełniony osadem przefermentowanym do objętości 16 dm³ . Nastawiona temperatura procesu wynosi 55⁰C.

Prędkość mieszania powinna zapewniać utrzymanie osadu w stanie zawieszonym i należy ją dobrać indywidualnie (orientacyjnie ok. 300 obr/h).

W stanie wyjściowym zbiornik biogazu jest całkowicie napełniony wodą, a niewielki nadmiar wody powinien znajdować się w naczyniu zbiorczym. Przemawiają za tym względy bezpieczeństwa, ponieważ mieszanina biogazu z powietrzem w pewnych porcjach jest wybuchowa.

Rozpoczynając badania należy odczytać z podziałki znajdującej się na zbiorniku biogazu stan początkowy oraz zanotować temperaturę otoczenia i wartość ciśnienia atmosferycznego. Podczas odczytów należy wyrównać poziom cieczy w naczyniu zbiorczym i zbiorniku gromadzącym biogaz, aby odczytać początkową objętość biogazu zebranego w zbiorniku dla rzeczywistego ciśnienia. Rzeczywistą objętość biogazu należy przeliczyć na warunki normalne, przekształcając równanie (8.2).

Po odczycie objętości biogazu zbiornik należy opróżnić, korzystając w tym celu z przewodu wentylacyjnego (należy otworzyć zawór umieszczony nad zbiornikiem). W miejsce usuwanego biogazu napływa woda z naczynia zbiorczego.

Należy pamiętać, że biogaz jest gazem palnym. Dlatego podczas jego wypuszczania trzeba upewnić się, że w pomieszczeniu nie ma otwartego ognia.

Objętość produkowanego biogazu należy kontrolować codziennie. W sytuacji gdy zbiornik jest wypełniony powyżej 75%, należy usunąć biogaz w sposób opisany powyżej. Objętość wytworzonego biogazu przelicza się na 1 kg substancji organicznej zasilającej komorę z równania (8.3).

V_os=Vo/G, dm³/kg s.m.o (8.3)

gdzie: V_os- objętość biogazu powstająca z 1 kg substancji organicznej zasilającej komorę,

V_o- objętość biogazu przeliczona na warunki normalne, dm³,

G- zawartość suchej masy organicznej dodanej do komory, kg s.m.o.

Z równania (8.3) można policzyć produkcję biogazu dla całego okresu badań.

Zasilanie komory.

Do komory fermentacyjnej należy wprowadzić odpowiednią ilość osadu, którą wyznacza się jako stosunek objętości użytecznej komory do czasu fermentacji V_u/t. W tym celu należy zamknąć zawór między komorą fermentacyjną a zbiornikiem na biogaz. Następnie doprowadzić do cylindra miarowego odpowiednią ilość osadu, który będzie poddawany fermentacji. Następnie doprowadzić do niego przewód ssący pompy. Po włączeniu pompki perystaltycznej przetłoczyć zalecaną objętość osadu, odbierając taką samą objętość osadu przefermentowanego. Podczas zasilania osad przefermentowany odpływa przewodem spustowym do cylindra miarowego. Należy zwracać uwagę na to, aby objętość w komorze nie ulegała zmianie i wynosiła 16 dm³.

Proces fermentacji termofitowej prowadzić przez 14 dni.

Odczyt objętości gazu na skali zbiornika biogazu należy wykonywać codziennie, a częstotliwość opróżniania zbiornika dostosować do potrzeb. Podobnie należy prowadzić zasilanie i odbiór osadu z komory fermentacji codziennie. Analizę jakościową osadu przefermentowanego należy wykonywać co 7 dni.

Analizie należy poddać osad przed i po procesie fermentacji na podstawie oznaczeń:

- suchej masy,

-suchej masy organicznej,

-suchej masy mineralnej,

-pH,

-zasadowości,

ChZT,

-lotnych kwasów tłuszczowych(LKT),

A także zanotować ilość biogazu i przeliczyć na warunki normalne.

W cieczy osadowej należy oznaczyć pH, zasadowość, LKT zgodnie z metodyką podaną w rozdziale 8.3.2.

Wyniki analiz osadu przed i po fermentacji należy zebrać w tabeli 8.3.

Tabela 8.3

Zmiana charakterystyki osadu w procesie fermentacji termofilowej

Oznaczenie	Jednostka	Osad surowy	Osad przefermentowany
Ph Zasadowość ChZT Lotne kwasy tłuszczowe Uwodnienie Sucha masa Sucha masa organiczna Sucha masa mineralna	- mval/dm³ mg O₂/dm³ mg/dm³ % % % s.m % s.m

W ćwiczeniu należy obliczyć obciążenie komory ładunkiem substancji organicznych i stopień przefermentowania osadu ilość gazu powstającą w procesie na 1 kg s.m.o. zgodnie z równaniami podanymi w rozdziale 8.3.2

OPRACOWANIE WYNIKÓW I WNIOSKÓW

W sprawozdaniu z ćwiczenia należy podać:

-krótką charakterystykę procesu fermentacji termofitowej,

-omówienie zakresu wykonywanych badań,

-opis wykonywanych badań technologicznych,

-tabelaryczne zestawienie wyników,

-obliczenie obciążenia komory ładunkiem zanieczyszczeń organicznych oraz stopnia przefermentowania osadu,

-omówienie jakości osadu przed i po procesie.

Studnie chłonne

2012-06-04T09:46:00.001-07:00

10.Studnie chłonne

Studnie chłonne stosowane są do wyprowadzania ścieków do gruntu po uprzednim ich doczyszczaniu w warstwie filtracyjnej. Ścieki wsiąkają w grunt przez pozorne dno oraz przez otwory w ścianach umieszczonych na wysokości warstwy filtracyjnej. Ich stosowanie ma szczególne uzasadnienie wówczas, gdy nie ma możliwości odprowadzenia ścieków oczyszczonych do wód powierzchniowych. W takim przypadku oczyszczone w wysokim stopniu ścieki, wprowadzane są do studni chłonnej, gdzie po dalszym oczyszczeniu odprowadzane są do gruntu. Ścieki te nie stanowią żadnego zagrożenia dla wód gruntowych. Studnie chłonne można stosować tylko w gruntach piaszczystych i wówczas, gdy ilość ścieków nie przekracza 1,0 m³/d, a poziom wody gruntowej znajduje się, co najmniej 1,0 m poniżej dna studni.

Studnie chłonne są jednym z elementów przydomowych oczyszczalni ścieków przedstawionych w normie DIN 4261*. Rozwiązania studni chłonnych pokazano na rysunku 10-1. Ścieki do studni chłonnej należy wprowadzić przewodem o średnicy nie mniejszej niż 150 mm, przy czym wypływające ścieki powinny trafiać na płytę zabezpieczającą przed rozmywaniem warstw filtracyjnych. Górna warstwa filtracyjna o wysokości, co najmniej 0,5 m powinna być wykonana z piasku, natomiast dolna – tzw. właściwa warstwa filtracyjna – z drobnego żwiru. Wysokość tej drugiej warstwy nie powinna być mniejsza niż 1,0 m. W obudowie studni, na całej wysokości właściwej warstwy filtracyjnej, należy wykonać otwory o średnicy 20÷30 mm, służącej do odprowadzania ścieków przefiltrowanych. Wokół studni, w poszerzonym wykopie należy wykonać jakby przedłużoną warstwę filtracyjną (rys. 10-1) dla złagodzenia wypływu ścieków oczyszczonych odprowadzanych do gruntu. Według zaleceń polskich **, przy określaniu wymiarów studni (kołowych lub prostokątnych) uwzględnia się jako powierzchnię filtracji powierzchnię dna oraz ścian do wysokości ok. 1 m nad dnem. Wydajność studni chłonnej Q_s bądź jej średnicę, przy założonej wydajności (ilości odprowadzonych ścieków), można wyznaczyć ze wzoru:

Q_s= Π∙ q ∙(0,25∙ +d_s∙l_p), m³/d (10-1)

gdzie:

q- dopuszczalne obciążenie ściekami w przeliczeniu na 1 m² powierzchni wsiąkania obejmującej powierzchnię dna i powierzchnię ścian do wysokości 1,0 m, m³/m²∙d; wielkość tę zaleca się przyjmować:

· dla piasków średnio- i gruboziarnistych q= 0,1, m³/m²∙d,

· dla piasków drobnoziarnistych i gruntów piaszczysto-gliniastych: q= 0,08, m³/m²∙d,

· dla gruntów gliniasto-piaszczystych q= 0,04 , m³/m²∙d,

Uwaga: powyższe wartości obciążeń można zwiększyć o 10÷20%, jeżeli woda gruntowa znajduje się ok. 2,0 m poniżej dna studni chłonnej,

ds- średnica wewnętrzna studni chłonnej, m

l_p- wysokość perforacji w ścianach studni, m; jako wielkość obliczeniową zaleca się przyjmować

l_p = 1,0 m.

Według normy DIN 4261* wymiary studni chłonnej można ustalić przy założeniu, że na jednego mieszkańca przypada 1 m² powierzchni wsiąkania, natomiast średnica studni nie może być mniejsza od 1,0 m. Założenia amerykańskie *** , że powierzchnię wsiąkania (filtracji) określa się tylko dla ścian studni, gdyż dno studni chłonnej ulega szybkiej kolmatacji przez osady. Powierzchnię tę określa się, uwzględniając grubość poszczególnych warstw gruntu w wykopie oraz ich przesiąkliwość.

Przykładowe powierzchnie wsiąkania F_ws dla różnych średnic wykopu D_w oraz głębokości wykopu poniżej wlotu ścieków(H_w) podano w tabeli 10-1.

Tab. 10-1. Przykładowe powierzchnie wsiąkania dla studni chłonnych, obliczone przy wykorzystaniu wzoru 10-1.

D_w _m	F_wsw m², dla różnych wartości H_w
D_w _m	H_w=1,2 m	H_w=1,8 m	H_w=2,4 m	H_w=3,0 m
1.	2.	3.	4.	5.
1,0	3,4	5,1	6,7	8,5
1,5	5,7	8,5	11,3	14,1
2,0	7,9	12,9	15,8	17,8
2,5	9,0	13,6	18,1	20,3

Źródło: Heidrich Z.: Przydomowe oczyszczalnie ścieków. Wyd. COIB. Warszawa 1998.