substancje ropopochodne, indeks oleju mineralnego(iom), kanalizacja ogólnospławna Ewa BADOWSKA* ZAWARTOŚĆ SUBSTANCJI ROPOPOCHODNYCH W ŚCIEKACH SYSTEMU KANALIZACJI OGÓLNOSPŁAWNEJ System kanalizacji ogólnospławnej jest jednym z tych, w których występują największe różnice w stężeniu zanieczyszczeń podczas pogody mokrej. Wynika to z mieszania się ścieków bytowogospodarczych z deszczowymi. Są to zatem ścieki mogące znacząco oddziaływać na środowisko poprzez emisję zanieczyszczeń przez przelewy burzowe. W celu zbadania zawartości substancji ropopochodnych przez przelew burzowy wybrano zlewnię, której powierzchnia szczelna obejmuje jezdnie, parkingi oraz posiada zagospodarowanie w postaci budynków wielorodzinnych, usługowych i użyteczności publicznej. Powierzchnia rozpatrywanej zlewni wynosi około 211 ha. Obsługiwana jest ona przez przelew burzowy J-1 zlokalizowany przy ulicy Rogozińskiego w Łodzi. Wybrany przelew jest dobrze opomiarowany, istnieje tam możliwość automatycznego poboru ścieków. W niniejszym artykule przedstawiono stężenie substancji ropopochodnych występujące podczas pogody suchej oraz podczas trzech zjawisk opadowych o różnym natężeniu i czasie trwania. Wykonano również analizę badanych ścieków pod kątem wartości ChZT i zawiesin ogólnych. Potwierdzono różnorodność składu ścieków z poszczególnych zjawisk opadowych. Zauważono, że skład jakościowy ścieków w odniesieniu do substancji ropopochodnych jest podobny we wszystkich badanych próbkach. 1. WSTĘP W poszczególnych systemach kanalizacyjnych skład jakościowy i ilościowy ścieków jest bardzo zróżnicowany. Wpływ na to ma przede wszystkim sposób zagospodarowania zlewni obsługiwanej przez dany system. Ścieki pochodzące z obszaru o zabudowie mieszkaniowej różnią się od ścieków pochodzących z terenów, na których dominują zakłady przemysłowe. Szczególnie wyraźne różnice składu ścieków pojawiają się, gdy * Politechnika Łódzka, Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Komunalnej i Instalacji Budowlanych, Al. Politechniki 6, 90-924 Łódź, badowskae@gmail.com
8 E. BADOWSKA weźmie się pod uwagę ścieki pogody mokrej. W tym przypadku, w systemie kanalizacji ogólnospławnej następuje połączenie się ścieków bytowo-gospodarczych z deszczowymi. W związku z mieszaniem się ścieków ich skład i ilość są bardzo zróżnicowane, co związane jest z charakterem samego opadu np. czasem trwania, natężeniem. Zmienność składu ilościowego i jakościowego w systemie kanalizacji ogólnospławnej jest bardzo istotna. Poprzez przelewy burzowe działające w okresie przeciążenia systemu (głównie podczas opadów nawalnych) trafiają do odbiornika substancje, które mogą negatywnie oddziaływać na środowisko. Wszystkie wymieniane elementy czynią system kanalizacji ogólnospławnej wraz z przelewami burzowymi ciekawym i zróżnicowanym obszarem badawczym. Poznanie składu ścieków pogody suchej, często o zmiennym (w niewielkim zakresie) stężeniu poszczególnych badanych wskaźników zanieczyszczeń, pozwala zbadać ich wpływ na odbiornik, do którego trafiają. Głównie jednak ścieki pogody deszczowej mają negatywny wpływ na środowisko ze względu na bezpośrednią emisję ścieków nieoczyszczonych do odbiornika. Analiza porównawcza składu ścieków pochodzących z kanalizacji ogólnospławnej podczas pogody suchej i mokrej daje możliwość całościowego spojrzenia na system i porównania względem siebie uzyskanych wyników. Zawartość substancji ropopochodnych w ściekach zależy od zagospodarowania zlewni, z której pochodzą dane ścieki. Rozwój drogowej sieci transportowej oraz coraz większe obszary zabudowane nie tylko zwiększają ilość ścieków, ale również mają wpływ na zmianę ich składu. Zwiększona liczba nawierzchni uszczelnionych, szczególnie typu jezdnie i parkingi daje większe stężenie badanych substancji, niż w ściekach pochodzących ze zlewni o mniejszej liczbie powierzchni tego typu. 1.1. CHARAKTERYSTYKA WYBRANEJ ZLEWNI Obszarem badań objęto zlewnię miejską wchodzącą w skład obszaru Łodzi o zagospodarowaniu terenu głównie przez budynki mieszkalne wielorodzinne wraz z drobnymi punktami usługowymi, handlowymi oraz typową infrastrukturą związaną z działalnością oświatową, zdrowotną, czy transportową. System kanalizacji ogólnospławnej wraz z przelewem burzowym J-1 zlokalizowanym przy ulicy Rogozińskiego odbiera ścieki bytowo-gospodarcze oraz deszczowe z powierzchni około 211 ha. Ścieki poprzez przelew burzowy trafiają do odbiornika, który stanowi rzeka Jasień. Na przelewie J-1 znajduje się stanowisko pomiarowe wyposażone w przepływomierz oraz automatyczny pobierak. Możliwe jest pobieranie ścieków ogólnospławnych podczas pogody mokrej, przy działającym przelewie burzowym oraz w razie potrzeby również ścieków pogody suchej. Rozwiązanie takie gwarantuje pobór w czasie całego okresu działania przelewu oraz zmniejsza ryzyko związane z nieprawidłowym pobieraniem próbek. W przeprowadzonych badaniach położono nacisk na ustalenie stężenia substancji ropopochodnych, które uzupełniono analizą ChZT oraz zawiesin ogólnych.
Zawartość substancji ropopochodnych w ściekach system kanalizacji ogólnospławnej 9 2. METODYKA BADAŃ Zgodnie z obowiązującymi przepisami wytyczne do oznaczania węglowodorów ropopochodnych określa Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego [5]. Zgodnie z tym rozporządzeniem metodę referencyjną stanowi chromatografia gazowa, natomiast procedura oznaczania opisana jest w normie PN-EN ISO 9377-2: Jakość wody. Oznaczanie indeksu oleju mineralnego (IOM) [4]. Uwzględniając nazewnictwo stosowane w obydwu dokumentach w niniejszym artykule zamiennie stosowane jest pojęcie substancji ropopochodnych oraz indeksu oleju mineralnego. Pojęcie to obejmuje w obu przypadkach, zgodnie z przepisami, sumę stężeń związków, których czasy retencji zawarte są między wymyciem n-dekanu (C 10 H 22 ) a n-tetrakontanu (C 40 H 82 ), które to substancje można oddzielić rozpuszczalnikiem węglowodorowym o temperaturze wrzenia między 36 o C a 69 o C. 2.1. ANALIZA CHROMATOGRAFICZNA Do oznaczenia stężeń substancji ropopochodnych wykorzystano technikę chromatografii gazowej z detekcją płomieniowo-jonizacyjną (FID). Analizy przeprowadzano przy użyciu chromatografu z kolumną Capilary Column Select TM Mineral Oil LVI o długości 15 m i średnicy 0,32 mm. Gradient temperatury kolumny występujący podczas analizy zawierał się w zakresie od 35 o C do 310 o C i był osiągany w ciągu 15 min. Gaz nośny stosowany w procesie stanowił azot. Czas analizy jednej próbki wynosił 15 min. Czas ten w używanej metodzie nie uwzględnia powrotu do warunków wyjściowych przed rozpoczęciem następnej próbki. 3. PRZEDSTAWIENIE WYNIKÓW Przedstawiane wyniki obejmują trzy zjawiska opadowe o zróżnicowanym natężeniu, czasie trwania oraz dwie serie pogody suchej. Natężenie opadu w przypadku pogody mokrej podano w tabeli 1.
10 E. BADOWSKA Tabela 1. Zestawienie dat poboru próbek oraz wartości średniego natężenia opadu podczas analizowanych zjawisk opadowych. Data poboru próbek Warunki atmosferyczne Natężenie opadu (dm 3 /s*ha) 14.06.2012 pogoda mokra 20,57 19.07.2012 pogoda mokra 17,32 07.08.2012 pogoda mokra 9,22 26.11.2012 pogoda sucha - 03.12.2012 pogoda sucha - W przedstawionych zjawiskach opadowych przelew burzowy działał najdłużej w dniu 14 czerwca - około 4,5 h; w pozostałych dwóch przypadkach - około 2 h, (w każdym z tych przypadków przelew działał prawie przez cały okres trwania opadu). 3.1. POGODA SUCHA W celu wyznaczenia tła do ilości substancji ropopochodnych występujących podczas opadu wykonano oznaczenia stężenia substancji ropopochodnych podczas pogody suchej. Rysunek 1. przedstawia zmienność wartości indeksu oleju mineralnego (IOM) w ściekach pogody suchej w zależności od pory dnia. Rys. 1. Zmiany stężenia IOM w ściekach pogody suchej dnia 26.11 oraz 03.12.2012 na tle średniego przepływu pogody suchej Można zauważyć, że w trakcie badanych dni pogody suchej najwyższe stężenie IOM w ściekach zanotowano w obu przypadkach o godzinie 14. W dniu 26 listopada wynosiło ono 3,65 mg/dm 3, natomiast 3 grudnia 5,75 mg/dm 3. Mimo rozbieżności w wartościach widać, że zmiany stężeń układają się bardzo podobnie i najmniejsza wartość wystąpiła o godzinie 8.
Zawartość substancji ropopochodnych w ściekach system kanalizacji ogólnospławnej 11 Na podstawie uzyskanych chromatogramów można również porównać skład ścieków. Mimo braku możliwości oznaczenia jakościowego ścieków pod względem występujących w nich węglowodorów stwierdzono, iż czas retencji wielu pików na chromatogramie pokrywa się w obu próbach. Świadczy to z dużym prawdopodobieństwem o podobieństwie składu badanych próbek. Rysunek 2. przedstawia chromatogramy próbek przygotowanych ze ścieków z dwóch dni pogody suchej pobieranych o tej samej porze dnia. Rys. 2. Chromatogramy ścieków pogody suchej pobieranych o godzinie 10.00 w dniach 26.11 oraz 03.12.2012. 3.2. POGODA MOKRA Na rys. 3. przedstawiono zmienność stężeń indeksu oleju mineralnego, ChZT oraz zawiesin ogólnych w opadzie z dnia 19.07.2012. Rys. 3. Zmiany indeksu oleju mineralnego, ChZT, zawiesin ogólnych oraz przepływu w czasie działania przelewu burzowego podczas opadu w dniu 19.07.2012
12 E. BADOWSKA Można zauważyć, że maksymalne stężenie indeksu oleju mineralnego osiągane jest w ostatnim etapie działania przelewu oraz, że istnieje przesunięcie w stosunku do maksimów ChZT oraz zawiesin ogólnych. Rysunek 4. przedstawia chromatogramy dla wybranych próbek pochodzących kolejno z opadu z dnia 14.06, 19.07 oraz 07.08.2012. Rys. 4. Chromatogramy ścieków pogody mokrej dla próbek z 3 różnych zjawisk opadowych. Z danych na rysunku 4. można wnioskować, że skład badanych ścieków jest bardzo zbliżony w analizowanych zjawiskach opadowych, ze względu na występowanie pików w tych samych czasach retencji. 3.3. PORÓWNANIE WYNIKÓW POGODY SUCHEJ I MOKREJ Rys. 5. Porównanie chromatogramów uzyskanych dla próbek ścieków z pogody suchej z dnia 26.11.2012 oraz z pogody mokrej z dnia 19.07.2012. Rysunek 5. przedstawia chromatogram z próbki ścieków pogody suchej o godzinie 20 oraz z próbki ścieków pogody mokrej, pobraną również około godziny 20. Zgodnie z oczekiwaniami w ściekach pogody mokrej widać znaczne obniżenie
Zawartość substancji ropopochodnych w ściekach system kanalizacji ogólnospławnej 13 stężenia substancji ropopochodnych, co pewnie jest m.in. efektem większego rozcieńczenia tych ścieków. Również skład jakościowy tychże ścieków jest znacznie uboższy w stosunku do ścieków pogody suchej. 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Ścieki ogólnospławne pochodzące z tej samej zlewni podczas trwania opadu mają zróżnicowany charakter. Wynika to z natężenia opadu, czasu jego trwania a także z ilości dni pogody suchej poprzedzającej opad. W przeprowadzonych badaniach w ściekach pogody mokrej uzyskano stężenia indeksu oleju mineralnego od 0,23 mg/dm 3 w opadzie z dnia 19.07.2012 do 1,03 mg/dm 3 w opadzie z 14.06.2012, który w dodatku był zjawiskiem o najdłuższym czasie trwania oraz najbardziej intensywnym. Dane literaturowe dotyczące stężenia substancji ropopochodnych w ściekach pochodzących z przelewów burzowych są trudno dostępne [1,3]. Najczęściej indeks oleju mineralnego określany jest w spływach deszczowych z jezdni w raportach oddziaływania na środowisko. Wyniki takie można również uzyskać w załączniku do zarządzenia nr 29 GDDKiA [2]. Istnieją także publikacje z podziałem na obszary jezdni, parkingów, czy stacji paliw [6]. Zakres stężeń waha się od wartości praktycznie nieoznaczalnych 0,005 mg/dm 3 [2] do bardzo wysokich 95 mg/dm 3 [1]. Porównując dane literaturowe z otrzymanymi wartościami można zauważyć, że wyniki znajdują się zdecydowanie bliżej dolnej granicy przedstawionego zakresu oraz, że nie przekraczają wartości dopuszczalnej 15 mg/dm 3 (dla ścieków odprowadzanych do środowiska z zanieczyszczonych powierzchni miast [5]). Dzięki badaniom tła pogody suchej można zauważyć, że spływy opadowe z danej zlewni nie są znacznie zanieczyszczone oraz, że zarówno w ściekach pogody suchej, jak i mokrej występują podobne związki. Dodatkowo wykonywane oznaczenia ChZT oraz zawiesin ogólnych pokazują, że maksymalne stężenie IOM również występuje w okolicach największego stężenia pozostałych zanieczyszczeń. LITERATURA [1] AMMON D., FIELD R., Potential of urban stormwater impacts based on comparative analysis of wet and dry weather pollutant loads, Urban Stormwater and Combined Sewer Overflow Impact on Receiving Water, pod red. Yousef Y.A. i inni, Florida 1979, 502-521. [2] BOHATKIEWICZ J., Wytyczne prognozowania stężeń zawiesin ogólnych I węglowodorów ropopochodnych w ściekach z dróg krajowych, Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Warszawa 2006. [3] MOHR K.S., Stormwater treatment for contaminant removal, International Symposium on Public Works and the Human Environment, Seattle Washington 1995.
14 E. BADOWSKA [4] POLSKA NORMA PN-EN ISO 9377-2, Jakość wody. Oznaczanie indeksu oleju mineralnego, Część 2: Metoda z zastosowaniem ekstrakcji rozpuszczalnikiem i chromatografii gazowej, Warszawa, 2003. [5] ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA Z DNIA 24 LIPCA 2006 R, W sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, dz. Ustaw nr 137 poz. 984 z późn. zmianami. [6] SAWICKA-SIARKIEWICZ H., Ograniczanie zanieczyszczeń w spływach powierzchniowych z dróg, Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa 2004. THE CONTENT OF OIL SUBSTANCE IN COMBINED SEWAGE SYSTEM The combined sewage system is one of the systems in which there are substantial differences in the concentrations of pollutants during wet weather conditions as a result of the mixing of municipal wastewater with stormwater. Therefore this sewage can have significant influence on the environment due to the emission of pollutants through combined sewer overflows. With the aim of doing studying oil substance content the area which includes imprevious surface: roads, car parks, multi-family, commercial and public buildings was chosen. That area is about 211 acres and it is served by combined sewer overflow J-1 located on Rogoziński street in Łódź. The selected combined sewer overflow is well measured, there is possibility of taking the sewage automatically. This article presents concentration of petrochemicals from sewage in dry and wet weather conditions. What is more, COD and TTS were checked. The diversity of the composition of the wastewater from individual rainfall events was confirmed. It has been noticed that the qualitative composition of sewage with reference to petroleum substances is similar in all tested samples.