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
    • 16
      czerwiec
      W sesji jesiennej 2025 roku odbędą się następujące kursy: - Specjalista ds. Emisji   23-24 września 2025 - Obliczenia rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w powietrzu   28-29 października 2025 - Bilans LZO   25-26 listopada 2025 Zapisy poprzez formularze dostępne na ww. stronach. Zapraszamy
    • 28
      maj
      Zapraszamy na 3. Europejskie Forum Pelletu połączone z 10. Forum Pelletu. Wydarzenia odbędą się w dniach 12-13 czerwca 2025 r. w Gdyni. Organizowane przez Magazyn Biomasa Forum Pelletu to miejsce spotkań producentów i dystrybutorów pelletu i kotłów pelletowych, dostawców technologii, przedstawicieli sektora energetycznego i ciepłowniczego, a także samorządów i stowarzyszeń branżowych.  Wydarzenie będzie miejscem wymiany aktualnych informacji na temat innowacji technologicznych, nowych trendów i prognoz dla europejskich rynków pelletu. Program konferencji obejmuje następujące zagadnienia: Europejskie regulacje dla pelletu drzewnego Zmiany w certyfikacji pelletu  Polski rynek pelletu w Europie – interakcje z innymi państwami Rynek urządzeń grzewczych na pellet w Polsce – stan aktualny i prognozy rozwoju Szczegółowe informacje są dostępne na stronie https://magazynbiomasa.pl/forum-pelletu
    • 05
      maj
      W minionym tygodniu zostały opublikowane roczne oceny jakości powietrza za rok 2024 – kluczowe dokumenty dla końcowego etapu procesu inwestycyjnego (uzyskania pozwolenia zintegrowanego lub pozwolenia na wprowadzanie gazów i pyłów do powietrza). Wskazane w raportach obszary przekroczeń standardów jakości powietrza, które zgodnie z art. 225 ustawy Prawo ochrony środowiska determinują konieczność przeprowadzenia postępowania kompensacyjnego dla instalacji nowych lub zmienianych w sposób istotny, będą obowiązywały przez rok, do momentu opublikowania rocznej oceny jakości powietrza za rok 2025 (30.04.2026). Raporty dla poszczególnych województw i szczegółowe informacje o systemie rocznych ocen w kontekście postępowań kompensacyjnych przedstawiamy na stronie https://wszystkooemisjach.pl/409/roczna-ocena-jakosci-powietrza
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Szkolenie 2025 Specjalista ds Emisji Emisje Zanieczyszczenie powietrza
    Szkolenie 2025 Bilans LZO
    Szkolenie 2025 Rozprzestrzenianie zanieczyszczeń powietrza
    Katalizatory do redukcji LZO - Katalizator Grupa PONER
    obliczenia śladu węglowego
    Operat FB

    Zobacz komunikaty KE / JRC / UE-BRITE (IPPC Bureau) / INCITE / Rada Unii Europejskiej / Rada Europejska / US EPA / EEA / NIK / ETO / GDOŚ / GIOŚ / WIOŚ / IOŚ / MKiŚ:

    CBAM: Public consultation on the extension of CBAM to downstream products (2.7.2025)

    CBAM: Commission announces plan to mitigate carbon leakage risk for exporters (2.7.2025)

    EEA: Emission of dust, nitrogen oxides and sulphur dioxide from large combustion plants in the EU-27 (30.6.2025)

    EEA: National air pollutant emissions data viewer 2005-2023 (27.6.2025)

    EEA: Annual European Union Informative Report 1990-2023 to the Convention on Long-range Transboundary Air Pollution (27.6.2025)

    EEA: Air pollution in Europe — 2025 reporting status under the National Emission reduction Commitments Directive (27.6.2025)

    KOBiZE: Europejski Centralny Bank Węglowy (ECCB) jako odpowiedź na zmieniające się uwarunkowania systemu EU ETS (27.06.2025)

    EEA: Trends in EU emissions of BaP, Cd, Pb, Hg, As and Ni, between 2005 and 2023 (26.6.2025)

    EEA: Trends in EU emissions of NH3, NMVOCs, NOx, SO2, primary PM2.5, primary PM10, BC and CO, between 2005 and 2023 (26.6.2025)

    EEA: Sectors and activities contributing to emissions of the five regulated air pollutants in EU Member States in 2023 (24.6.2025)

    Rada Unii Europejskiej: Upraszczanie wymogów dotyczących sprawozdawczości i należytej staranności przedsiębiorstw w zakresie zrównoważonego rozwoju (23.6.2025)

    Rada Unii Europejskiej: Graniczna opłata węglowa CBAM – Rada i Parlament uzgadniają jej uproszczenie (18.6.2025)

    EPA [biopaliwa] Proposes New Renewable Fuel Standards to Strengthen U.S. Energy Security, Support Rural America, and Expand Production of Domestic Fuels (13.6.2025)

    EPA [samochody elektryczne] Administrator Zeldin Celebrates President Trump Officially Ending California’s Vehicle Waivers, Delivering Another Major Blow to the EV Mandate (12.6.2025)

    EPA [rtęć] Completes Mercury Removal Action in St. Louis (12.6.2025)

    EPA [szkolenia z zakresu rekultywacji skażonych terenów poprzemysłowych] Registration Open for National Brownfields Training Conference, August 5-8 in Chicago (12.6.2025)

    EEA: Fine particulate matter (PM2.5) concentrations in European cities: spatial and sector-specific contributions and costs of premature deaths (12.6.2025)

    EPA [energetyka, CCS] Proposes Repeal of Biden-Harris EPA Regulations for Power Plants, Which, If Finalized, Would Save Americans More than a Billion Dollars a Year (11.6.2025)

    ETO: Pożary lasów – działania sfinansowane przez Unię nie przyniosły jednoznacznych rezultatów (11.6.2025)

    EEA: Population-weighted concentration of PM₂.₅ in the richest and poorest (as measured by GDP per capita, PPS) quintile of NUTS3 regions in the EU-27 (10.6.2025)

    EEA: Ratio of PM₂.₅ population weighted concentrations: Most Deprived (i.e. poorest) Quintile/Least Deprived (i.e. richest) Quintile; GDP per capita PPS (10.6.2025)

    EEA: Social fairness in preparing for climate change: how resilience can benefit communities across Europe (10.6.2025)

    JRC: High resolution assessment of air quality and health in Europe under different climate mitigation scenarios (6.6.2025)

    Instrat: Fundusz Modernizacyjny dla regionów wykluczonych z FST – co dalej z pomocą dla Turowa, Lubelszczyzny, Kozienic czy Połańca? (5.6.2025)

    IOŚ: Konferencja dot. wdrażania zasad ekoprojektowania w małych i średnich przedsiębiorstwach (MŚP) i opracowywaniu Cyfrowych Paszportów Produktowych oraz ocenie cyklu życia produktu – LCA (5.6.2025)

    EPA [niedoszacowanie odległości, na jaką niebezpieczne chemikaliów mogą się rozprzestrzenić w powietrzu w najgorszym scenariuszu uwolnienia] fines Valero Wilmington Refinery for chemical safety violations (4.6.2025)

    JRC: Konkurencyjność fotowoltaiki słonecznej w Unii Europejskiej (4.6.2025)

    EEA: Average CO2 emissions from new cars and new vans slightly increased in 2024 (4.6.2025)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Real-time contributions of different types of VOCs to O3 formation in a typical industrial park: capturing features at hourly resolution

    Prediction of elemental carbon and organic carbon using a hybrid deep learning model integrated temporal dependencies and meteorological features

    Spatiotemporal variation and source apportionment of ultrafine particles near brussels airport (Belgium)

    Zobacz EUR-Lex:

    Decyzja delegowana Komisji UE 2025/737 z dnia 15 kwietnia 2025 r. w sprawie jednostronnego włączenia przez Finlandię sektorów do unijnego systemu handlu uprawnieniami do emisji w odniesieniu do sektora budynków, sektora transportu drogowego i sektorów dodatkowych na podstawie art. 30j dyrektywy 2003/87/WE Parlamentu Europejskiego i Rady (26.6.2025)

    Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE 2025/1214 z dnia 17 czerwca 2025 r. w sprawie zmiany rozporządzenia UE 2019/631 w celu uwzględnienia dodatkowej elastyczności w obliczeniach dotyczących zapewniania przez producentów zgodności z normami emisji CO2 dla nowych samochodów osobowych i nowych lekkich pojazdów użytkowych w odniesieniu do lat kalendarzowych 2025–2027 (19.6.2025)

    Decyzja wykonawcza Komisji UE 2025/1100 z dnia 23 maja 2025 r. w sprawie przyjęcia wytycznych dotyczących wdrażania niektórych kryteriów kwalifikacji strategicznych projektów na rzecz neutralności emisyjnej określonych w art. 13 rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE 2024/1735 (18.6.2025)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego – Europejska strategia dotycząca paliw ciekłych na rzecz zrównoważonego, przystępnego cenowo i odpornego przejścia na gospodarkę niskoemisyjną (16.6.2025)

    Rozporządzenie delegowane Komisji UE 2025/1131 z dnia 26 marca 2025 r. zmieniające rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE nr 691/2011 w odniesieniu do inwestycji w łagodzenie zmiany klimatu i wprowadzające klasyfikację celów środowiskowych (4.6.2025)

    Komunikat Komisji – Publikacja łącznej liczby uprawnień znajdujących się w obiegu w 2024 r. do celów rezerwy stabilności rynkowej w ramach unijnego systemu handlu uprawnieniami do emisji (4.6.2025)

    Decyzja wykonawcza Komisji UE 2025/1046 z dnia 26 maja 2025 r. w sprawie uznania, że sprawozdanie przedłożone przez Szwecję na podstawie art. 31 ust. 2 dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady UE 2018/2001 zawiera dokładne dane służące do pomiaru emisji gazów cieplarnianych związanych z uprawą jęczmienia, bobu, rzepaku, żyta, pszenżyta, pszenicy zwyczajnej i groszku łąkowego w tym państwie członkowskim (28.5.2025)

    Komunikat Komisji – Wytyczne w zakresie celów dotyczących stosowania paliw odnawialnych pochodzenia niebiologicznego w sektorach przemysłu i transportu (27.5.2025)

    Zalecenie Komisji UE 2025/1021 z dnia 22 maja 2025 r. w sprawie ubóstwa transportowego: jak zapewnić przystępną cenowo, dostępną i sprawiedliwą mobilność (26.5.2025)

    Decyzja Komisji z dnia 24 marca 2025 r. zlecająca centralnemu administratorowi rejestru Unii wprowadzenie zmian w tabelach krajowego rozdziału uprawnień Belgii, Danii, Niemiec, Irlandii, Hiszpanii, Francji, Chorwacji, Włoch, Luksemburga, Węgier, Niderlandów, Austrii, Polski, Rumunii, Finlandii i Szwecji do rejestru Unii (26.5.2025)