Obliczenia emisji z oczyszczalni ścieków

    emisja oczyszczalnia ściekówNiektóre obiekty oczyszczania ścieków mogą stanowić źródło emisji do powietrza atmosferycznego o istotnej skali, od kilku do kilkuset ton rocznie. Poniżej opisujemy metodologię obliczeń emisji z oczyszczalni ścieków przemysłowych zawierających związki organiczne. Przedstawiony model obliczeniowy US EPA (AP-42 „Waste Water Collection, Treatment And Storage”) jest obecnie najbardziej zaawansowanym spośród dostępnych algorytmów uniwersalnych, które pozwalają na wyznaczenie emisji z wielu różnych rodzajów obiektów na podstawie parametrów ich pracy oraz rodzajów i stężeń zanieczyszczeń zawartych w ściekach. Model emisji US EPA pozwala na ustalenie indywidulanej szybkości ulatniania poszczególnych substancji. Szybkość ta zależy od następujących czynników:

    • stężenia substancji w ściekach,
    • własności fizykochemicznych związków (min. szybkości dyfuzji w fazie ciekłej i gazowej),
    • parametrów fizycznych określanych odrębnie dla każdego elementu instalacji, takich jak:
      • powierzchnia zbiornika,
      • głębokość,
      • charakter pracy (zbiornik przepływowy, zbiornik opróżniany okresowo),
      • czas retencji,
      • temperatura,
      • strumień objętości ścieków,
    • prędkości wiatru.

    Metodyka US EPA uwzględnia również mechanizmy hamujące emisję substancji do atmosfery, takie jak obecność filmu olejowego na powierzchni ścieków oraz mechanizmy „konkurencyjne” do dyfuzji i konwekcji, to jest biodegradację substancji.

    Do źródeł, z których emisję można wyznaczyć za pomocą modelu US EPA należą takie układy oczyszczalni ścieków jak komory zbiorcze, separatory tłuszczów i olejów, osadniki, komory czerpne, komory denitryfikacji i nitryfikacji, zbiorniki sedymentacyjne oraz zbiorniki uśredniające i otwarte kanały ściekowe.

    Algorytm US EPA obejmuje następujące kroki:

    KROK 1.  Ustalenie wzorów do obliczenia emisji.
    KROK 2.  Ustalenie parametrów każdego zbiornika i parametrów ścieków.
    KROK 3.  Ustalenie parametrów fizyko-chemicznych zanieczyszczeń zawartych w ściekach.
    KROK 4.  Obliczenie współczynników wnikania masy.
    KROK 5.  Obliczenie emisji.

    KROK 1: Ustalenie wzorów do obliczenia emisji

    Algorytm wyboru wzorów obliczeniowych przedstawia poniższy schemat. Według algorytmu określa się wzór dla każdego zbiornika oczyszczalni oraz każdego kanału otwartego.

    oczyszczalnia ścieków emisja obliczenia

    W poniższej tabeli przedstawiono kilka przykładów klasyfikacji zbiorników oczyszczalni stanowiących źródła emisji niezorganizowanej do powietrza:

    Źródło emisji
    Klasyfikacja zbiornika
    Zbiornik napowietrzany
    Zbiornik biologicznie aktywny
    Obecność warstwy oleju na powierzchni ścieków
    Zbiornik przepływowy
     Separator oleju
    TAK
    NIE
    TAK
    TAK
     Komora zbiorcza
    NIE
    NIE
    NIE
    TAK
     Osadnik wstępny
    NIE
    TAK
    NIE
    TAK
     Zbiornik wyrównawczy
    NIE
    TAK
    NIE
    TAK
     Reaktor denitryfikacji
    NIE
    TAK
    NIE
    TAK
     Reaktor nitryfikacji
    TAK
    TAK
    NIE
    TAK
     Osadnik wtórny
    NIE
    TAK
    NIE
    TAK
     Zbiornik wyrównawczy
    NIE
    TAK
    NIE
    TAK
     Kanał ścieków oczyszczonych
    NIE
    TAK
    NIE
    TAK


    Dalszy sposób postępowania przedstawiamy na przykładzie obliczeń emisji fenolu z jednego z układów oczyszczalni - komory zbiorczej.

    Przykładowa komora zbiorcza jest zbiornikiem przepływowym, nienapowietrzanym, bez warstwy oleju na powierzchni ścieków i biologicznie nie­akty­wnym. Ścieżkę określenia wzorów ilustruje poniższy rysunek.

    obliczenia emisji z oczyszczalni ścieków

    Zgodnie z klasyfikacja EPA dla przykładowej komory zbiorczej właściwe jest zastosowanie następujących wzorów:

    • indywidualny współczynnik przenikania masy w fazie ciekłej (kl [m/s]): zależność nr 1,
    • indywidualny współczynnik przenikania masy w fazie gazowej (kg [m/s]): zależność nr 2,
    • współczynnik przenikania masy składnika z fazy ciekłej do fazy gazowej (K [-]): zależność nr 7,
    • emisja substancji do powietrza (E [g/s]): zależność nr 12.

    KROK 2: Ustalenie parametrów zbiornika i parametrów ścieków

    Przykładową komorę zbiorczą oraz przepływające przez nią ścieki charakteryzują następujące parametry:

    Symbol parametru
    Nazwa parametru
    Jednostka
    Wartość
    Komora zbiorcza
    Q
     Strumień objętości ścieków
    m3/s
    1,0
    D
     Głębokość zbiornika
    m
    10
    A
     Powierzchnia zbiornika 
    m2
    200
    Co, fenol
     Stężenie początkowe fenolu w fazie ciekłej
    g/m3
    4,0
    T
     Temperatura ścieków
    K
    301


    KROK 3: Ustalenie parametrów fizyko-chemicznych zanieczyszczeń zawartych w ściekach

    Dane o właściwościach fizyko-chemicznych fenolu, powietrza, wody oraz pozostałe para­metry niezbędne do wyznaczenia wielkości emisji przyjęto zgodnie z tabelą 4.3-4 zawartą w doku­mencie Waste Water Collection, Treatment And Storage EPA-AP42:

    Symbol parametru
    Nazwa parametru
    Jednostka
    Wartość
    Fenol
    Dw, fenol
     Współczynnik dyfuzji fenolu w wodzie 
    cm2/s
    9,10 x 10-6
    Da, fenol
     Współczynnik dyfuzji fenolu w powietrzu
    cm2/s
    8,20 x 10-2
    H, fenol  
     Stała Henry’ego dla fenolu
    atm-m3/mol
    4,54 x 10-7

     

    Symbol parametru
    Nazwa parametru
    Jednostka
    Wartość
    rL
     Gęstość wody
    g/cm3
    1,0
    mL
     Lepkość wody
    g/cm-s
    8,93 x 10-3
    ra
     Gęstość powietrza
    g/cm3
    1,20 x 10-3
    ma
     Lepkość powietrza
    g/cm-s
    1,81 x 10-4
    Dether
     Współczynnik dyfuzji eteru w wodzie
    cm2/s
    8,50 x 10-6
    R
     Uniwersalna stała gazowa
    atm-m3/gmol-K
    8,21 x 10-5


    KROK 4: Obliczenie współczynników wnikania masy:

    Indywidualny współczynnik wnikania masy fenolu w fazie ciekłej kl (zależność nr 1):

    kl = (2.78 × 10-6)(Dw, fenol/Dether)2/3

    kl = (2.78 × 10-6)( 9,10 × 10-6 / 8,50 × 10-6)2/3

    kl = 2,91 × 10-6 m/s

    Indywidualny współczynnik wnikania masy fenolu w fazie gazowej kg (zależność nr 2):

    kg = (4.82 × 10-3)(U10)0.78 (ScG)-0.67 (de)-0.11; gdzie :

    ScG  - liczba Schmidta (faza gazowa) dla fenolu

    ScG = μa/(raDa, fenol) = 1,81 × 10-4 / (1,20 × 10-3 × 8,20 × 10-2) = 1,84

    de (średnica efektywna (zastępcza)) = 2(A/p)0.5 = 2(200/p)0.5 = 15,96 m

    kg  = (4.82 × 10-3)(3,0)0.78 (1,84)-0.67 (15,96)-0.11

    kg = 5,57 × 10-3 m/s

    Stała równowagi między fazą gazową, a fazą ciekłą K (zależność nr 7):

    K = (kl Keq kg) / (Keq kg + kl ); gdzie :

    Keq (współczynnik podziału)

    Keq = H, fenol   /(RT) = 4,54 × 10-7 / (8,21 × 10-5  × 301) = 1,84 × 10-5

    K = (2,91 × 10-6  × 1,84 × 10-5 × 5,57 × 10-3) / (1,84 × 10-5 × 5,57 × 10-3 + 2,91 × 10-6)

    K = 9,9 × 10-8 m/s

    W analogiczny sposób postępuje się z każdą z substancji znajdujących się w ściekach. Należy ustalić indywidu­alne współ­czyn­niki wnikania masy w fazie ciekłej (kl) i w fazie gazowej (kg), które wykorzystuje się do wyznaczenia stałych równowagi (K) między fazą gazową i ciekłą.

    KROK 5: Obliczenie emisji fenolu z komory zbiorczej (zależność nr 12)

    E,fenol (g/s) = K CL A ; gdzie :

    C(stężenie fenolu w fazie ciekłej, g/m3)

    CL = Q Co, fenol/(KA + Q) = 1,0 × 4,0 / (9,9 × 10-8 × 200 + 1,0) = 4,0 g/m3

    E,fenol = 9,9 x 10-8 × 4,0 × 200

    E,fenol = 7,9 × 10-5 g/s, co odpowiada 0,00028 kg/h.

    Emisja fenolu z przykładowej komory zbiorczej oczyszczalni wynosi 0,00028 kg/h. Roczna emisja fenolu z tego źródła wynosi 0,0025 Mg/rok. Przykład zbiornika wybranego do prezentacji metody US EPA charakteryzuje niska skala emisji, wynikająca z własności fizyko-chemicznych fenolu, niewielkiego stężenia substancji w ściekach oraz parametrów pracy zbiornika. Emisje o dużej skali charakteryzują ścieki o wysokiej koncentracji substancji o dużej wartości stałej równowagi między fazą gazową, a fazą ciekłą (K) oraz zbiorniki o dużych powierzchniach lub zbiorniki o dużych przepływach i silnym napowietrzaniu ścieków.

    W analogiczny sposób do przedstawionego powyżej przykładu wykonuje się obliczenia emisji z każdego ze zbiorników lub kanałów oczyszczalni oraz dla każdej substancji znajdującej się w ściekach w stężeniu mogącym powodować emisję do powietrza.

    Modele uproszczone

    Oprócz przedstawionego modelu US EPA w literaturze dostępnych jest wiele modeli uproszczonych do obliczania / szacowania emisji z oczyszczalni ścieków, między innymi metoda T.T. Shena. Niektóre z dostępnych modeli wielokrotnie zawyżają wielkość emisji do powietrza. Przed zastosowaniem modelu uproszczonego zalecamy co najmniej sprawdzenie warunku logicznego, zgodnie z którym obliczona emisja nie powinna być większa niż masa substancji zawarta w ściekach, odpowiadająca iloczynowi strumienia ścieków i stężenia początkowego.

    Modelowanie retrospektywne, iteracje

    Jedną z ogólnych metod wyznaczania emisji niezorganizowanej są obliczenia na podstawie stężeń substancji w powietrzu (imisji) wykonanych w ściśle określonych warunkach meteorologicznych, w pewnej odległości od źródła emisji. Uzyskanie minimalnego, akceptowanego poziomu wiarygodności obliczeń z zastosowaniem metodyki zawartej w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 r. w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu (Dz.U. Nr 16, poz. 87) wymaga spełnienia poniższych warunków:

    • uzyskanie wyników pomiarów imisji dla stanu ustalonego (model smugi ustalonej) dla:
    • jednego kierunku wiatru,
    • stałej prędkości wiatru,
    • danych o stanie równowagi atmosfery (jeżeli nie jest możliwe oszacowanie na podstawie obserwacji wysokości podstawy chmur, analiza profilu temperatury za pomocą SODARu RASS),
    • wykluczenie zatarcia obrazu imisji przez oddziaływanie innych źródeł, według zaleceń normy PN-EN 15445 Niekontrolowana i rozproszona emisja w sektorze przemysłowym – Ocena źródeł emisji pyłu z zastosowaniem odwróconego modelowania dyspersji (RDM); EN 15445:2008 Fugitive and diffuse emissions of common concern to industry sectors – Qualification of fugitive dust sources by Reverse Dispersion Modelling.

    W artykule wykorzystano zdjęcia na licencji 123rf.com

    Aktualności
    • 23
      czerwiec
      Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (U.S. EPA) poinformowała o wniosku o dodanie 1-bromopropanu (CAS 106-94-5) do listy substancji normowanych w ustawie o czystym powietrzu (the Clean Air Act), ze względu na niebezpieczne własności substancji i powszechne wykorzystywanie w wielu produktach i procesach, w tym w czyszczeniu na sucho, czyszczeniu elektroniki i metali, procesach farmaceutycznych i produktach rolniczych oraz przy aplikacji klejów w sprayu. Substancji tej nie ma również obecnie w polskim systemie prawnym (standardów emisyjnych, standardów jakości powietrza i wartości odniesienia). Kryteria jakości powietrza w zakresie bromopochodnych węglowodorów ustalono jedynie dla bromoetanu (74-96-4) i bromometanu (74-83-9). Informacje o procedurze U.S. EPA dostępne są na stronach: https://www.epa.gov/newsreleases/washington-examiner-epa-add-new-hazardous-air-pollutant-list-regulated-substances-first https://www.epa.gov/newsreleases/epa-grants-first-ever-petition-add-hazardous-air-pollutants-list-under-clean-air-act
    • 23
      czerwiec
      Zawarte w artykule orzeczenie WSA w Warszawie z dnia 26 października 2017 r. uzupełniliśmy o wyrok NSA z 2020 r. (II OSK 627/18), w którym podtrzymano stanowisko WSA, oddalając skargę kasacyjną Głównego Inspektora Ochrony Środowiska. NSA wyraził pogląd, zgodnie z którym ograniczenie stron postępowania o wydanie pozwolenia na wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza (art. 185 ust. 1 ustawy Prawo ochrony środowiska) do prowadzącego instalację oraz władających powierzchnią ziemi na obszarze ograniczonego użytkowania nie wyłącza stosowania art. 28 k.p.a. w sprawach prowadzonych na podstawie przepisów zamieszczonych w dziale III –"Odpowiedzialność administracyjna" (art. 362 – 375). Nie wyłącza go również art. 372 POŚ, ani żaden inny przepis Prawa ochrony środowiska, w tym art. 365 i art. 367. Tym samym w postępowaniu WIOŚ o wstrzymanie użytkowania instalacji oraz w postępowaniu o podjęcie wstrzymanej działalności władający nieruchomościami narażonymi na oddziaływanie instalacji mają przymiot strony w postępowaniu administracyjnym. Mają bowiem interes prawny, aby chronić w toku tego postępowania przysługujące im prawa zgodnie z art. 28 k.p.a., według którego „Stroną jest każdy, czyjego interesu prawnego lub obowiązku dotyczy postępowanie albo kto żąda czynności organu ze względu na swój interes prawny lub obowiązek”. Oba orzeczenia dostępne są na stronie: Strony postępowania o wstrzymanie / wznowienie użytkowania instalacji - orzeczenia WSA, NSA
    • 29
      maj
      W dniu dzisiejszym na stronie Głównego Inspektoratu Ochrony Środowiska opublikowane zostały wyniki pomiarów jakości powietrza w Kędzierzynie-Koźlu w zakresie benzenu oraz pyłu zawieszonego PM10 i PM2,5 (pomiary równoległe na stacji PMŚ i stacji badawczej GIOŚ nr 1): Wyniki w formie prezentacji zamieszczone są na stronie GIOŚ pt. Badania jakości powietrza w Kędzierzynie-Koźlu W dniu 21 maja br. rozpoczęto pomiary w drugiej lokalizacji stacji badawczej (stacja badawcza nr 2):
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Szkolenie Rozprzestrzenianie zanieczyszczeń w powietrzu Poznań 2020
    Operat FB

    Zobacz komunikaty JRC / US EPA / EEA / NIK / GDOŚ / GIOŚ / WIOŚ / IOŚ / MK / MŚ:

    EEA: Cutting greenhousegas emissions through circular economy actions in the buildings sector (09.07.2020)

    zanieczyszczenie powietrza gospodarka o obiegu zamkniętym budownictwo
    © EEA

    EPA: Colorado State University and University of Colorado receive grants to advance air quality science (09.07.2020)

    EPA Proposes More Stringent Toxic Emission Standards for Certain Types of Industrial Boilers (09.07.2020)

    Ministerstwo Klimatu: Podpisanie listu intencyjnego o ustanowieniu partnerstwa na rzecz budowy gospodarki wodorowej (07.07.2020)

    EEA: National Emission reduction Commitments Directive reporting status 2020 (30.06.2020)

    emisja amoniak NOx LZO zanieczyszczenie powietrza EEA
    © EEA

    EPA: EPA Announces Availability of Approximately $77,000 to Fund Tribal Clean Air Act Grants (30.06.2020)

    EEA: Average CO2 emissions from new cars and new vans increased again in 2019 (26.06.2020)

    EEA: Monitoring of CO2 emissions from vans – Regulation 510/2011 (26.06.2020)

    EEA: Monitoring of CO2 emissions from passenger cars – Regulation (EU) 2019/631 (26.06.2020)

    EEA: Petrol and diesel fuels sold for road transport (26.06.2020)

    EEA paliwa samochody Zanieczyszczenie powietrza PM10
    © EEA

    EPA Takes Action to Stop Use of Certain PFAS in Products and Protect American Consumers (22.06.2020)

    WIOŚ w Warszawie: kolejny pożar w Zakładzie Utylizacji Odpadów w Radomiu (19.06.2020)

    WIOŚ pożar odpadów Radom zanieczyszczenie powietrza PM10 2020
    © WIOŚ w Warszawie

    EPA Releases First Final Chemical Risk Evaluation (19.06.2020)

    ETO: Journal 02/2020: Climate Change and Audit (19.06.2020)

    Europejski Trybunał Obrachunkowy Zmiany klimatu
    © ETO

    U.S. EPA: Washington Examiner - EPA to add new hazardous air pollutant to list of regulated substances for first time ever (18.06.2020)

    EPA Grants First-Ever Petition to Add to Hazardous Air Pollutants List Under Clean Air Act (18.06.2020)

    EEA: Industrial Reporting under the Industrial Emissions Directive 2010/75/EU and European Pollutant Release and Transfer Register Regulation (EC) No 166/2006 (16.06.2020)

    EPA Advises Facility Operators to Prevent and Minimize Releases during Hazardous Weather Events (09.06.2020)

    EPA Urges Preparedness as Hurricane Season Begins; Advises on prevention, preparedness, and reporting requirements during Hazardous Weather Events (09.06.2020)

    EPA Celebrates 50 Years of Protecting Our Nation's Air (08.06.2020)

    EPA Reaches Settlement With Hydrite Chemical Co. for Alleged Clean Air Act Violations at Waterloo, Iowa, Facility (05.06.2020)

    EEA: Rural concentration of the ozone indicator AOT40 for forest, 2017 (05.06.2020)

    ozon raport EPA 2020 zanieczyszczenie powietrza
    © EEA

    EPA Proposes Honest Accounting Standard to Improve Future Clean Air Act Rules (04.06.2020)

    U.S. EPA: What They Are Saying: EPA Proposes Honest Accounting Standard to Improve Future Clean Air Act Rules (04.06.2020)

    EEA: New cars and vans sold in 2018 more CO2 intensive, final data confirms (03.06.2020)

    EEA: Monitoring CO2 emissions from passenger cars and vans in 2018 (03.06.2020)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Total gaseous mercury in a coastal city (Qingdao, China): Influence of sea-land breeze and regional transport

    A 24-h real-time emissions assessment of 41 uncontrolled household raw coal combustion stoves in four provinces of Northern China

    Fractionation of mercury in aerosols of the southern Baltic coastal zone

    One year evaluation of three low-cost PM2.5 monitors

    Modeling lateral plume deflection in the wake of an elongated building

    Zobacz EUR-Lex:

    Sprawa C-139/20: Skarga wniesiona w dniu 16 marca 2020 r. – Komisja Europejska przeciwko Rzeczypospolitej Polskiej (15.06.2020)

    Sprostowanie do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1021 z dnia 20 czerwca 2019 r. dotyczącego trwałych zanieczyszczeń organicznych (09.06.2020)

    Rozporządzenie Komisji (UE) 2020/735 z dnia 2 czerwca 2020 r. zmieniające rozporządzenie (UE) nr 142/2011 w odniesieniu do stosowania mączki mięsno-kostnej jako paliwa w obiektach energetycznego spalania (03.06.2020)

    Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) 2020/683 z dnia 15 kwietnia 2020 r. w sprawie wykonania rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/858 w odniesieniu do wymogów administracyjnych dotyczących homologacji i nadzoru rynku pojazdów silnikowych i ich przyczep oraz układów, komponentów i oddzielnych zespołów technicznych przeznaczonych do tych pojazdów (26.05.2020)

    Decyzja Komisji (UE) 2020/654 z dnia 13 maja 2020 r. dotycząca przepisów krajowych notyfikowanych przez Niemcy w sprawie małych i średnich jednostek spalania (15.05.2020)

    Komunikat Komisji — Publikacja łącznej liczby uprawnień znajdujących się w obiegu w 2019 r. do celów rezerwy stabilności rynkowej w ramach unijnego system handlu uprawnieniami do emisji ustanowionego dyrektywą 2003/87/WE (13.05.2020)

    Trybunał Obrachunkowy Sprawozdanie specjalne nr 11/2020 „Efektywność energetyczna budynków – należy położyć większy nacisk na opłacalność inwestycji” (05.05.2020)

    Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – W kierunku zrównoważonych dzielnic i małych społeczności – Polityka ochrony środowiska poniżej poziomu gminnego (29.04.2020)

    Sprawa C-395/18: Wyrok Trybunału (druga izba) z dnia 30 stycznia 2020 r. (wniosek o wydanie orzeczenia w trybie prejudycjalnym złożony przez Tribunale Amministrativo Regionale per il Lazio – Włochy) – Direzione e coordinamento Vivendi SA przeciwko Consip SpA, Ministero dell'Economia e delle Finanze. Odesłanie prejudycjalne – Udzielanie zamówień publicznych na dostawy, roboty budowlane lub usługi – Dyrektywa 2014/24/UE – Artykuł 18 ust. 2 – Artykuł 57 ust. 4 – Fakultatywne podstawy wykluczenia – Podstawa wykluczenia dotycząca podwykonawcy wymienionego w ofercie wykonawcy – Naruszenie przez podwykonawcę obowiązków z dziedziny prawa ochrony środowiska, prawa socjalnego i prawa pracy – Uregulowanie krajowe przewidujące automatyczne wykluczenie wykonawcy z powodu takiego naruszenia (27.04.2020)