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
      maj
      Stronę dotyczącą Rocznych ocen jakości powietrza uzupełniliśmy o zestawienie ocena za rok 2021. Dokumenty te będą obowiązywały do daty publikacji kolejnych ocen (za rok 2022), prawdopodobnie do końca kwietnia 2023 r. Aktualizacja rocznych ocen jakości powietrza ma szczególne znaczenie dla określania obszarów, na których uzyskanie pozwolenia emisyjnego dla instalacji nowych i istotnie zmienionych jest możliwe po przeprowadzeniu postępowania kompensacyjnego (zgodnie z art. 225 ustawy Prawo ochrony środowiska) oraz dla ustalania wartości tła zanieczyszczenia powietrza wydawanego przez wydziały regionalne GIOŚ. Adresy rocznych ocen zostały przedstawione w dziale OPERATY OCHRONY POWIETRZA, w zakładce Roczna ocena jakości powietrza za rok 2021, 2020, 2019
    • 02
      maj
      Zapraszamy na V Narodowy Kongres Biometanu, który odbędzie się 30 i 31 maja 2022 w Airport Hotel Okęcie w Warszawie. Tegoroczny Kongres będzie dotyczył perspektyw produkcji biometanu w Polsce, technicznych aspektów zatłaczania biometanu do sieci gazowej, wsparcia dla biometanu oraz potencjału „zielonego” wodoru produkowanego z biometanu. Szczegółowe informacje dostępne są na stronie Organizatora – wydawcy magazynu Biomasa.pl: https://wszystkooemisjach.pl/480/v-narodowy-kongres-biometanu  
    • 07
      kwiecień
      Ruszyły zapisy na letnią edycję szkoleń z Obliczeń rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w powietrzu i Specjalisty ds. Emisji. Szczegółowe informacje o szkoleniach oraz formularze zgłoszeń dostępne są na stronach: - Specjalista ds. Emisji – szkolenie 21-22.06.2022 - Szkolenie z obliczeń rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w powietrzu - 31.05.2022 Webinarium / 01.06.2022 Warsztaty on-line
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Operat FB

    W sesji jesiennej 2022 roku odbęda się następujące szkolenia:

    - bilans LZO

    - specjalista ds. emisji

    - metodyka referencyjna obliczeń rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w powietrzu (przygotowanie dokumentacji i weryfikacja)

    Trwają prace przygotowawcze stron szkoleń i uzgodnienia terminów

    Program zwiększania kompetencji i Szkolenia zamknięte

    Warsztaty on-line

    Zobacz komunikaty JRC/ IPPC Bureau / US EPA / EEA / NIK / ETO / GDOŚ / GIOŚ / WIOŚ / IOŚ / MKiŚ:

    EPA [praca urządzeń ochronnych], IDEM Reach Settlement with Metalworking Lubricants Company on Clean Air Act Violations (05.08.2022)

    EEA: Exposure of agricultural area to ozone in EEA member countries (05.08.2022)

    EEA: Exposure of forest area to ozone in EEA member countries (05.08.2022)

    MKiŚ: Konsultacje Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie redukcji emisji metanu w sektorze energetycznym oraz zmieniające rozporządzenie UE 2019/942 (03.08.2022)

    EPA [tlenek etylenu] Launches Community Engagement Efforts on New Ethylene Oxide Risk Information (03.08.2022)

    GIOŚ: 1 000 000 zł kary dla właściciela składowiska odpadów w Kamieńcu (01.08.2022)

    U.S. EPA [transport] FCA US LLC Sentenced in Connection with Conspiracy to Cheat U.S. Emissions Tests (01.08.2022)

    U.S. EPA [transport] Flo~Pro Performance Exhaust and Thunder Diesel & Performance Company to Halt Sales of Illegal Vehicle Emission Control Defeat Devices and Pay a $1.6 Million Penalty (29.07.2022)

    WIOŚ Wrocław: Kontrola w zakładzie garbarskim, powodującym nieprzyjemny i uciążliwy dla okolicznych mieszkańców zapach (27.07.2022)

    EEA: EU Emissions Trading System (ETS) data viewer (27.07.2022)

    U.S. EPA [uwolnienia awaryjne] Kern County Company to pay $214K Penalty for Violations of Clean Air Act, Emergency Notification Requirements (27.07.2022)

    ETO [zakończenie uzależnienia UE od paliw kopalnych i szybkie przejście na czystą energię] Opinion 04/2022 (26.07.2022)

    U.S. EPA [pochodnie] LyondellBasell Companies Agree to Reduce Air Pollution at Chemical Plant in Morris, Illinois (25.07.2022)

    GIOŚ: Nowa stacja monitoringu powietrza w Zielonej Górze (25.07.2022)

    EPA [nieszczelności instalacji], Justice Department, and State of Colorado settlement with DCP Operating Company LP Resolves Clean Air Act Violations at natural gas plants in Colorado Agreement reflects joint efforts to reduce harmful air pollution in Colorado communities (25.07.2022)

    ETO: Opinion 03/2022 concerning the Commission’s proposal for a Council Regulation on the methods and procedurę for making available own resources based on the Emissions Trading System, the Carbon Border Adjustment Mechanism and reallocated profits, and on the measures to meet cash requirements (15.07.2022)

    EEA: European Union emissions inventory report under the Convention on Long-range Transboundary Air Pollution LRTAP  (11.07.2022)

    EEA: National Emission reduction Commitments Directive reporting status 2022 (11.07.2022)

    EPA [transport] fines Oxnard manufacturer over $1 million for selling ‘defeat devices’, harming air quality (07.07.2022)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Effects of long-term exposure to major outdoor air pollutants for the risk of chronic inflammatory airway diseases in adults with potential interaction detection in Taiwan Biobank

    Effects of aerosol on terrestrial gross primary productivity in Central Asia

    Assessment of the Madrid region air quality zoning based on mesoscale modelling and k-means clustering OPEN ACCESS

    Zobacz EUR-Lex:

    Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) 2022/1362 z dnia 1 sierpnia 2022 r. w sprawie wykonania rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 595/2009 w odniesieniu do parametrów przyczep do pojazdów ciężarowych w zakresie ich wpływu na emisję CO2, zużycie paliwa, zużycie energii i bezemisyjny zasięg pojazdów silnikowych oraz w sprawie zmiany rozporządzenia wykonawczego (UE) 2020/683 (05.08.2022)

    Decyzja Urzędu Nadzoru EFTA nr 10/22/COL z dnia 26 stycznia 2022 r. uzupełniająca Wytyczne w sprawie niektórych środków pomocy państwa w kontekście systemu handlu przydziałami emisji gazów cieplarnianych po 2021 r. 2022/1353 (04.08.2022)

    Sprostowanie do rozporządzenia Komisji (UE) 2017/1505 z dnia 28 sierpnia 2017 r. zmieniającego załączniki I, II i III do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1221/2009 w sprawie dobrowolnego udziału organizacji w systemie ekozarządzania i audytu we Wspólnocie (EMAS)  Dz.U. L 222 z 29.8.2017 (04.08.2022)

    Sprostowanie do rozporządzenia Komisji (UE) 2018/2026 z dnia 19 grudnia 2018 r. zmieniającego załącznik IV do rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1221/2009 w sprawie dobrowolnego udziału organizacji w systemie ekozarządzania i audytu we Wspólnocie (EMAS) Dz.U. L 325 z 20.12.2018  (04.08.2022)

    Sprawa T-92/21: Wyrok Sądu z dnia 8 czerwca 2022 r. – Darment/Komisja [Środowisko naturalne – Rozporządzenie (UE) nr 517/2014 – Fluorowane gazy cieplarniane – Elektroniczny rejestr kontyngentów na wprowadzanie do obrotu wodorofluorowęglowodorów – Decyzja o wpisaniu – Zezwolenie na użycie kontyngentu – Wykonanie wyroku Sądu – Zasada dobrej administracji (01.08.2022)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Jakie warunki są niezbędne do społecznej akceptacji transformacji energetycznej i przejścia na gospodarkę niskoemisyjną?”(opinia rozpoznawcza na wniosek prezydencji francuskiej w Radzie UE (29.07.2022)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów »Strategia UE na rzecz ochrony gleb 2030 – Korzyści ze zdrowych gleb dla ludzi, żywności, przyrody i klimatu (29.07.2022)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów "Gotowi na 55" osiągnięcie unijnego celu klimatycznego na 2030 r. w drodze do neutralności klimatycznej (18.07.2022)

    Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – Plan działania UE na rzecz eliminacji zanieczyszczeń wody, powietrza i gleby (13.07.2022)

    Sprostowanie do decyzji wykonawczej Komisji (UE) 2022/716 z dnia 6 maja 2022 r. w sprawie zatwierdzenia jako technologii innowacyjnej, na podstawie rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/631, inteligentnego podgrzewacza oleju napędowego do stosowania w konwencjonalnych silnikach spalinowych oraz niektórych hybrydowych samochodach osobowych z napędem elektrycznym i lekkich pojazdach użytkowych (07.07.2022)

    Wyrok TSUE z dnia 12 maja 2022 r. – Komisja Europejska/Republika Włoska [Uchybienie zobowiązaniom państwa członkowskiego – Środowisko naturalne – Dyrektywa 2008/50/WE – Jakość otaczającego powietrza – Artykuł 13 ust. 1 i załącznik XI – Systematyczne i trwałe przekroczenie wartości dopuszczalnych dla dwutlenku azotu (NO2) w określonych strefach i aglomeracjach włoskich – Artykuł 23 ust. 1 – Załącznik XV – „Jak najkrótszy” okres przekroczenia – Odpowiednie środki (04.07.2022)

    Wyrok TSUE z dnia 12 maja 2022 r. – Komisja Europejska/Republika Bułgarii [Uchybienie zobowiązaniom państwa członkowskiego – Środowisko naturalne – Dyrektywa 2008/50/WE – Jakość otaczającego powietrza – Artykuł 13 ust. 1 i załącznik XI – Systematyczne i trwałe przekraczanie wartości dopuszczalnych dla dwutlenku siarki (SO2) w strefie BG0006 (południowo-wschodniej), Bułgaria – Artykuł 23 ust. 1 i załącznik XV – „Jak najkrótszy” okres przekroczenia – Odpowiednie działania (04.07.2022)