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
    • 20
      grudzień
      Termin szkolenia zaplanowanego pierwotnie na 25-26 stycznia 2022 r. został zmieniony na 8-9.03.2022 r. Zmiana podyktowana jest realizacją przez Organizatora celów z pozostałych dziedzin poza działalnością edukacyjną.
    • 15
      listopad
      Zapraszamy na unikalne szkolenie 25÷26 stycznia 2022 r., poświęcone w całości praktycznym aspektom zarządzania emisjami w zakładach przemysłowych, które mają fundamentalne znaczenie dla bezpieczeństwa prawnego i ochrony środowiska. Zakres i treść szkolenia zostały opracowane z myślą o specjalistach ds. ochrony środowiska w zakładach przemysłowych, produkcyjnych (personelu zakładu, firm konsultingowych), którzy chcą osiągnąć wysoki poziom kompetencji, umożliwiający prowadzenie ochrony środowiska w zakresie emisji w sposób swobodny i bezpieczny, pomimo skomplikowanego charakteru zagadnienia. Szkolenie jest prowadzone w nowej formule, która łączy zalety szkolenia tradycyjnego (możliwość przedyskutowania ważnych dla Uczestników tematów) i jednocześnie wykorzystuje atuty szkolenia on-line (brak dojazdu, bezpieczeństwo SARS-CoV-2). Szkolenie obejmuje: - dzień I: prelekcja (webinarium 25.01.2022 r.) z możliwością zamieszczenia pytań nadesłanych przed szkoleniem oraz zadaniem pytań poprzez komunikator w trakcie szkolenia, - dzień II (26.01.2022 r.) warsztaty: trzy bloki tematyczne (nadzór nad emisjami w zakładzie, zapewnienie bezpieczeństwa postępowań, arkusz obliczeniowy emisji z przykładami). Szczegóły szkolenia dostępne są na stronie:https://wszystkooemisjach.pl/461
    • 03
      listopad
      Stronę Zmiany stawek opłat za korzystanie ze środowiska zaktualizowaliśmy o stawki opłat na rok 2022 zawarte w Obwieszczeniu Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 11 października 2021 r. w sprawie wysokości stawek opłat za korzystanie ze środowiska na rok 2022 (M.P. 2021 poz. 960). Aktualizując wysokość stawek utrzymano trend z poprzednich lat. Średni wzrost stawek w stosunku do roku 2021 wynosi 3,4%. Zmianie nie uległy najniższe stawki (za tlenek węgla oraz węglowodory alifatyczne). Jednostkowe stawki opłat za gazy lub pyły wprowadzane do powietrza z procesów spalania paliw w silnikach spalinowych (załącznik nr 2, tabela D) uzupełniono o stawkę za ON spalany w silnikach w innych pojazdach samochodowych o dopuszczalnej masie całkowitej do 3,5 Mg i w motorowerach (lp. 32). Porównanie stawek opłat w ostatnich latach przedstawione jest na stronie https://wszystkooemisjach.pl/43/zmiany-stawek-oplat Obwieszczenie Ministra Klimatu i Środowiska dostępne jest na stronie https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WMP20210000960
    NEWSLETTER:
    Jeśli chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych artykułach zapisz się
     
    Operat FB
    DPF SNCR EcoeXhaust oczyszczanie spalin

    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 [emisje ołowiu z samolotów z silnikami tłokowymi] to Evaluate Whether Lead Emissions from Piston-Engine Aircraft Endanger Human Health and Welfare (12.01.2022)

    EPA [energetyka NOx SCR] proposes to disapprove revisions to Wyoming’s 2014 regional haze plan as inconsistent with the Clean Air Act (12.01.2022)

    WIOŚ: Zbyt wolne tempo wymiany urządzeń grzewczych w Małopolsce (10.01.2022)

    pył zawieszony PM2,5
    © WIOŚ w Krakowie

    WIOŚ: Stanowisko UMWM i WIOŚ w sprawie realizacji Programu ochrony powietrza dla województwa małopolskiego (10.01.2022)

    EPA [odzysk f-gazów z pojazdów] Settlement with Texas Recycling Company Will Prevent the Release of Ozone Depleting Refrigerants Which Contributes to Climate Change (07.01.2022)

    EPA [huta cynku] seeks public comment on proposed cleanup plan for Sandoval Zinc Company Superfund Site in Illinois (03.01.2022)

    EPA [emisje siarkowodoru z papierni] Proposes Settlement Agreement with New Indy to Address Emissions of Hydrogen Sulfide from Catawba, South Carolina Paper Mill (29.12.2021)

    EPA [podsumowanie roku 2021] Wraps Up A Year of Significant Accomplishments (28.12.2021)

    EPA [PFAS] Grants Petition to Order Testing on Human Health Hazards of PFAS (28.12.2021)

    EPA [tlenek etylenu, glikol] Expands TRI Reporting Requirements for Ethylene Oxide and Ethylene Glycol by Requiring Reporting for 29 Sterilization Facilities (27.12.2021)

    MKiŚ: Decyzja Komisji Europejskiej dot. dostosowanej, rocznej liczby uprawnień do emisji przydzielonej instalacjom na 2021 r. (21.12.2021)

    U.S. EPA [transport] WHAT THEY ARE SAYING: New EPA Emissions Standards Will Reduce Pollution, Cut Costs, and Improve Lives (21.12.2021)

    EPA [transport] Finalizes Greenhouse Gas Standards for Passenger Vehicles, Paving Way for a Zero-Emissions Future (20.12.2021)

    EPA [rtęć] Settlement with Avantor Performance Materials Resolves Public Right to Know and Mercury Export Violations (20.12.2021)

    GIOŚ: Zanieczyszczenie powietrza WWA na stacjach tła miejskiego w 2020 r. (20.12.2021)

    Zobacz bieżące artykuły w Atmospheric Environment:

    Connection between lung deposited surface area (LDSA) and black carbon (BC) concentrations in road traffic and harbour environments

    Tropospheric photolysis of CF3CHO

    Comparison between economic growth and satellite-based measurements of NO2 pollution over northern Italy Open access

    Health risk of heavy metal exposure from dustfall and source apportionment with the PCA-MLR model: A case study in the Ebinur Lake Basin, China

    A new mobile monitoring approach to characterize community-scale air pollution patterns and identify local high pollution zones Open access

    Zobacz EUR-Lex:

    Decyzja wykonawcza Komisji (UE) 2021/2326 z dnia 30 listopada 2021 r. ustanawiająca konkluzje dotyczące najlepszych dostępnych technik (BAT) w odniesieniu do dużych obiektów energetycznego spalania zgodnie z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE (30.12.2021)

    Komunikat Komisji uzupełniający Wytyczne w sprawie niektórych środków pomocy państwa w kontekście systemu handlu przydziałami emisji gazów cieplarnianych po 2021 r. (30.12.2021)

    Zalecenie Komisji (UE) 2021/2279 z dnia 15 grudnia 2021 r. w sprawie stosowania metod oznaczania śladu środowiskowego do pomiaru efektywności środowiskowej w cyklu życia produktów i organizacji oraz informowania o niej (30.12.2021)

    Decyzja Rady (UE) 2021/2271 z dnia 11 października 2021 r. w sprawie stanowiska, jakie ma być zajęte w imieniu Unii Europejskiej na siódmej sesji spotkania stron Konwencji z Aarhus w odniesieniu do spraw ACCC/C/2008/32, ACCC/C/2015/128, ACCC/C/2013/96, ACCC/C/2014/121 i ACCC/C/2010/54 dotyczących jej przestrzegania (21.12.2021)

    Rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2021/2139 z dnia 4 czerwca 2021 r. uzupełniające rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2020/852 poprzez ustanowienie technicznych kryteriów kwalifikacji służących określeniu warunków, na jakich dana działalność gospodarcza kwalifikuje się jako wnosząca istotny wkład w łagodzenie zmian klimatu lub w adaptację do zmian klimatu, a także określeniu, czy ta działalność gospodarcza nie wyrządza poważnych szkód względem żadnego z pozostałych celów środowiskowych (09.12.2021)

    Wyrok Trybunału Sprawiedliwości z dnia 6 października 2021 r. – ClientEarth / Komisja Europejska, Europejska Agencja Chemikaliów (Sprawa C-458/19 P) Odwołanie – Skarga o stwierdzenie nieważności – Decyzja wykonawcza Komisji C(2016) 3549 final – Zezwolenie na zastosowania ftalanu bis(2-etyloheksylu) DEHP – Rozporządzenie (WE) nr 1907/2006 –Artykuły 60 i 62 – Rozporządzenie (WE) nr 1367/2006 – Wniosek o wszczęcie wewnętrznej procedury odwoławczej – Decyzja Komisji C(2016) 8454 final – Oddalenie wniosku (29.11.2021)

    Decyzja Komisji (UE) 2021/2053 z dnia 8 listopada 2021 r. w sprawie sektorowego dokumentu referencyjnego dotyczącego najlepszych praktyk zarządzania środowiskowego, wskaźników efektywności środowiskowej oraz kryteriów doskonałości dla sektora produkcji wyrobów metalowych gotowych do celów rozporządzenia (WE) nr 1221/2009 Parlamentu Europejskiego i Rady (25.11.2021)