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
    • 19
      luty
      W minionym tygodniu na stronie Biura IPPC został zamieszczony BREF dla rzeźni, przetwórstwa produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego i/lub jadalnych produktów ubocznych. Dokument zastępuje wcześniejszą wersję z roku 2005 i uwzględnia, między innymi konkluzje BAT zawarte w decyzji wykonawczej Komisji 2023/2749 z dnia 11 grudnia 2023 r. BREF jest dostępny na stronie: https://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/ (SA) lub bezpośrednio pod adresem: https://eippcb.jrc.ec.europa.eu/sites/default/files/2024-02/SA%20BREF.pdf
    • 13
      luty
      W minionym tygodniu opublikowane zostało oficjalne stanowisko Komisji w sprawie wychwytywania, składowania i wykorzystywania CO2 pochodzącego z emisji przemysłowych, tak zwana „Strategia zarządzania węglem przemysłowym”. Zdaniem Komisji wychwytywanie dwutlenku węgla z odgazów przemysłowych, a następnie jego podziemne składowanie (CCS - Carbon Capture and Storage) i/lub wykorzystywanie (CCU - Carbon Capture and Utilization) jest  niezbędne do osiągnięcia celów klimatycznych. Wśród branży, które ze względu na brak możliwości ograniczenia emisji CO2 mogą być szczególnie „zainteresowane” technologią CCS wymienia się produkcję cementu, stali, spalanie odpadów, produkcję energii elektrycznej i ciepła, spalanie gazu ziemnego oraz procesy rafineryjne. Zdaniem Komisji skala CCS w Unii Europejskiej powinna osiągnąć do roku 2030 co najmniej 50 mln Mg CO2/rok (do roku 2040 - 280 mln Mg/rok, a do roku 2050 - 450 mln Mg/rok). Zaproponowane przez Komisję poziomy są bardzo ambitne, zwłaszcza w kontekście opisanych Komunikacie braków w wielu obszarach, począwszy od zasadności ekonomicznej i ryzyka inwestycyjnego, poprzez brak norm jakościowych wychwyconego CO2, aż do braku podstaw systemowych planowania sieci gazociągów przesyłowych w Europie. Nie wydaje się jednak, aby konieczność masowego wdrożenia CCS była możliwa do uniknięcia. Znajdujący się pod poniższym linkiem komunikat zawiera wyniki ogólnej oceny potrzeb i uwarunkowań CCUS, jednak nie obejmuje niektórych ważnych zagadnień technicznych i środowiskowych, np. braku konkluzji BAT dla CCS. Komunikat Komisji jest dostępny pod adresem: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=COM%3A2024%3A62%3AFIN&qid=1707312980822
    • 31
      styczeń
      Na stronie KOBiZE został opublikowany komunikat na podstawie informacji Komisji Europejskiej z dnia 29 stycznia br. o możliwości wydłużenia terminu złożenia sprawozdania CBAM za IV kwartał 2023 r. w związku z problemami technicznymi systemu sprawozdawczego. Od 1 lutego w rejestrze przejściowym zostanie udostępniona nowa funkcja, umożliwiająca wnioskowanie o złożenie sprawozdania z opóźnieniem (request delayed submission), która ma zapewnić dodatkowych 30 dni na złożenie raportu CBAM. Szczegółowe informacje są dostępne na stronach: - KE: https://taxation-customs.ec.europa.eu/news/technical-issues-related-cbam-transitional-registry-and-import-control-system-2-ics2-2024-01-29_en - KOBiZE: https://www.kobize.pl/pl/article/aktualnosci-2024/id/2555/mechanizm-cbam-zlozenie-sprawozdania-po-terminie-31-stycznia-2024-r
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Operat FB
    Katalizatory do redukcji LZO - Katalizator Grupa PONER

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

    IOŚ-PIB: Seminarium „Monitoring chemizmu opadów atmosferycznych i ocena depozycji atmosferycznej do 2023 i od 2024 roku – 23 lutego w godzinach 10:00-11:00 ” (17.02.2024)

    opady atmosferyczne depozycja w Polsce zanieczyszczenie powietrza szkolenie
    © IOŚ-PIB

    U.S. EPA [rozwój cieci monitoringowej jakości powietrza] Biden-Harris Administration announces nearly $83 million in funding to expand air quality monitoring across the nation as part of Investing in America agenda (16.02.2024)

    EPA [odpylanie młynów zbożowych] Corn milling company officials sentenced to federal prison for their role in deadly explosion that killed five workers (16.02.2024)

    IOŚ-PIB: Zapraszamy na FAIRMODE PLENARY MEETING oraz VIII CAMS POLICY USER WORKSHOP (15.02.2024)

    EPA releases 2023 power plant emissions data (15.02.2024)

    IPPC Bureau: The revised Best Available Techniques (BAT) Reference Document (BREF) for Slaughterhouses, Animal By-products and/or Edible Co-products Industries has been published (14.02.2024)

    EPA [sprawiedliwość środowiskowa] releases 2023 update to Equity Action Plan, outlines new commitments to advance equity (14.02.2024)

    EPA [metan] to hold webinars on final rule to reduce methane from oil and natural gas operations (14.02.2024)

    EPA [metan] and DOE announce intent to fund projects to reduce methane emissions from the oil and natural gas sectors as part of President Biden’s Investing in America agenda (09.02.2024)

    EPA [pochłanianie CO2] and New England Aquarium spotlight the sunken treasure of Blue Carbon in climate resilience (08.02.2024)

    EPA [bezwodny amoniak] Requires Leprino Foods Company in Tracy, Calif., to Improve Chemical Safety (08.02.2024)

    GIOŚ: PRTR - Pamiętaj o złożeniu sprawozdania za 2023 rok, korzystając z aktualnych jednostek wielkości produkcji (07.02.2024)

    EPA [zmiana średniorocznego standardu stężenia PM2,5 z 12 na 9 µg/m3] finalizes stronger standards for harmful soot pollution, significantly increasing health and clean air protections for families, workers, and communities (07.02.2024)

    JRC: CO2 transport infrastructure: key to achieving climate neutrality by 2050 (06.02.2024)

    KOBiZE: Nowy numer „GO2’50. Klimat. Społeczeństwo. Gospodarka.” Nr 4/2023 (05.02.2023)

    IOŚ-PIB: Katalog dobrych praktyk adaptacyjnych (05.02.2024)

    WIOŚ w Krakowie: Kontrole interwencyjne WIOŚ w 2023 r. (02.02.2024)

    EPA [zanieczyszczenie gleby dioksynami]  Works to Address Dioxin Contamination in Benton, La. (02.02.2024)

    EPA [usuwanie tetrachloroetylenu z gleby] Issues Explanation of Significant Differences for PCE Southeast Contamination Superfund Site in York, Nebraska (02.02.2024)

    JRC: Boosting the twin transition through innovation: inspiring practices and tools from across Europe (26.01.2024)

    KOBiZE: Mechanizm CBAM – błędy generowane przez rejestr przejściowy CBAM (25.01.2024)

    U.S. EPA [przygotowanie na dym z pożarów] Biden-Harris Administration, EPA announce $1.8 million to South Los Angeles community organization for wildfire smoke preparedness (25.01.2024)

    EEA: Costs of industrial pollution from largest facilities decline in Europe but remain at 2% of EU GDP (25.01.2024)

    EPA [emisje z pożaru] Fines Omaha Chemical Manufacturing Facility for Alleged Violations of Multiple Environmental Laws (24.01.2024)

    ETO: Reducing cars’ emissions: easier said than done (24.01.2024)

    EPA [CCS] Approves Permits to Begin Construction of Wabash Carbon Services Underground Injection Wells in Indiana’s Vermillion and Vigo Counties (24.01.2024)

    KOBiZE: Mechanizm CBAM – problem przy wpisywaniu kodów towarów przy przygotowaniu sprawozdania CBAM (23.01.2024)

    GIOŚ: Zmiany w sieci monitoringu jakości powietrza (23.01.2024)

    U.S. EPA [przygotowanie na dym z pożarów] Utah to reduce indoor air pollution in schools, public buildings from wildfire smoke events through EPA grant (23.01.2024)

    WIOŚ w Warszawie prowadzi czynności na terenie pożaru hali produkcyjnej i magazynu wyrobów gotowych w miejscowości Ołtarzew, gm. Ożarów Mazowiecki (22.01.2024)

    WIOŚ w Warszawie prowadzi działania wyjaśniające w związku z pożarem hali magazynowej w m. Nowy Dwór Mazowiecki (19.01.2024)

    EEA: Consumption footprints for EU countries in 2010 and 2021 (18.01.2024)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Predicting PM2.5 levels and exceedance days using machine learning methods

    Analysis of an ozone episode in the Greater Bay Area based on low-cost sensor network

    Unveiling vertical ozone variation with UAV-Based monitoring and modeling: A new challenge for city-level ozone pollution control in the pearl river delta region

    Zobacz EUR-Lex:

    Decyzja wykonawcza Komisji (UE) 2024/564 z dnia 14 lutego 2024 r. w sprawie norm zharmonizowanych dotyczących kotłów na paliwo stałe i zestawów zawierających kocioł na paliwo stałe, ogrzewacze dodatkowe, regulatory temperatury i urządzenia słoneczne, opracowanych na potrzeby rozporządzenia delegowanego (UE) 2015/1187 i rozporządzenia (UE) 2015/1189 (15.02.2024)

    Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – Wielopoziomowe zarządzanie na rzecz Zielonego Ładu. W kierunku zmiany rozporządzenia w sprawie zarządzania unią energetyczną i działaniami w dziedzinie klimatu (09.02.2024)

    Opinia Europejskiego Komitetu Regionów – Europejski Bank Wodoru (09.02.2024)

    Opinia Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego „Wniosek dotyczący rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie rozliczania emisji gazów cieplarnianych z usług transportowych” (06.02.2024)

    Sprawozdanie specjalne 01/2024: Ograniczanie emisji dwutlenku węgla z samochodów osobowych – tempo zmian wreszcie wzrasta, lecz na horyzoncie pojawiają się przeszkody (25.01.2024)

    Decyzja nr 1/2023 Wspólnego Komitetu ustanowionego Umową między Unią Europejską a Konfederacją Szwajcarską w sprawie powiązania ich systemów handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych z dnia 15 listopada 2023 r. w odniesieniu do zmiany załącznika I oraz uwzględnienia wyjaśnienia w załączniku IV do umowy 2024/301 (25.01.2024)

    Dyrektywa delegowana Komisji (UE) 2024/299 z dnia 27 października 2023 r. zmieniająca dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2284 w odniesieniu do metod zgłaszania prognozowanych emisji niektórych rodzajów zanieczyszczeń atmosferycznych (17.01.2024)