Analysis of the distribution of statistical concentrations of pollutants in samples of treated wastewater from small sewage treatment plants

• Autorzy: Kaczor Grzegorz B.

Identyfikatory

DOI

10.24425/jwld.2022.142313

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research was to show which theoretical statistical distribution best reflects and describes the variability of pollutant concentrations in treated sewage, discharged from small sewage treatment plants, characterised by a value below 2000 PE. The statistical analysis additionally takes into account the influence of the number of measuring sequence data on the shape and level of the distribution fit. The data for the research were obtained from three small sewage treatment plants, operating in the Lesser Poland, 10, 11 and 14 km from Kraków. Due to their size, these facilities are included in the group of treatment plants below 2000 PE. The research was conducted for 10 years. In the statistical analysis, 20-, 40-, 60- and 80-element data series were used, including the values of biochemical oxygen demand (BOD₅), chemical oxygen demand (COD_Cr) and total suspended solids (TSS), determined in samples of treated wastewater. Two commonly used tests, Kolmogorov-Smirnov λ and Pearson’s χ² test were used to assess the fit of the theoretical statistical distribution to the empirical data distribution. Statistical analysis showed that the studied communities were characterised by an asymmetric, right-oblique distribution. Most often, the empirical distribution of the analysed measurement sequences was consistent with the Fisher-Tippett distribution. On the basis of the χ² test, this distribution was described by a total of 31 out of 36 analysed groups at the significance level of a = 0.05. Other distributions that often describe the analysed empirical data are: Gamma, log-normal, Chi-square, and Weibull. The common feature of these distributions is usually asymmetry, right oblique. The skewness value ranges from 0.15 to 1.69.

Słowa kluczowe

EN

pollutants; sewer system; significance test; statistical distribution; treatment plant

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2022
• Tom: no. 55
• Strony: 115--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., tab.

Twórcy

autor

Kaczor Grzegorz B.

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying, Al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0858-1028

Bibliografia

• ANDRAKA D. 2005. Wykorzystanie statystycznej kontroli jakości do oceny pracy oczyszczalni ścieków [The use of statistical quality control to evaluate the operation of sewage treatment plants]. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN. Nr 30 p. 565–580.
• ANDRAKA D. 2011. Modelowanie pracy oczyszczalni ścieków z wykorzystaniem symulacji Monte Carlo [Modeling of wastewater treatment plant operation by means of Monte Carlo simulation]. Inżynieria Ekologiczna. Nr 24 p. 7–16.
• ANDRAKA D. 2020. Reliability analysis of activated sludge process by means of biokinetic modelling and simulation results. Water. Vol. 12(1), 291. DOI 10.3390/w12010291.
• ANDRAKA D., DZIENIS L. 2003. Wymagany poziom niezawodności oczyszczalni ścieków w świetle przepisów polskich i europejskich [Required reliability level of wastewater treatment plants according to European and Polish regulations]. Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Inżynieria Środowiska. Z. 16 p. 24–28.
• BUGAJSKI P. 2014a. Analysis of reliability of the treatment plant Bioblok PS-50 using the method of Weibull. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 3 p. 667–677. DOI 10.14597/infra-eco.2014.2.2.049
• BUGAJSKI P. 2014b. Ocena niezawodności usuwania związków biogennych w oczyszczalni ścieków metodą Weibulla [Assessment of nutrient removal reliability in a sewage treatment plant using the Weibull method]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 576 p. 13–21. [Access 15.01.2022]. Available at: http://zppnr.sggw.pl/576-02.pdf
• BUGAJSKI P., ALMEIDA ARAUJO M.A., KUREK K. 2016. Reliability of sewage treatment plants processing sewage from school buildings located in non-urban areas. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr VI/3 p. 1547–1557. DOI 10.14597/infraeco.2016.4.3.115.
• BUGAJSKI P., KACZOR G., BERGEL T. 2015. Niezawodność usuwania azotu ze ścieków w zbiorczej oczyszczalni z sekwencyjnym reaktorem biologicznym [The removal of reliability nitrogen in wastewater treatment plant witch sequencing biological reactor]. Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus. Vol. 14(3) p. 19–27. DOI 10.15576/ASP.FC/2015.14.3.19.
• BUGAJSKI P., NOWOBILSKA-MAJEWSKA E. 2019. A Weibull analysis of the reliability of a wastewater treatment plant in Nowy Targ, Poland [online]. Rocznik Ochrona Środowiska. Vol. 21 p. 825–840. Available at: https://ros.edu.pl/images/roczniki/2019/050_ROS_V21_R2019.pdf
• BUGAJSKI P., PAWEŁEK J., KUREK K. 2017. Concentrations of organic and biogenic pollutants in domestic wastewater after mechanical treatment in the aspect of biological reactor design. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr IV/3 p. 1811–1822. DOI 10.14597/infraeco.2017.4.3.136.
• BUGAJSKI P., WAŁĘGA A., KACZOR G. 2012. Zastosowanie metody Weibulla do analizy niezawodności działania przydomowej oczyszczalni ścieków [Application of Weibull method to analyze reliability of operation of a household sewage treatment plant]. Gaz, Woda i Technika Sanitarna. Nr 2 p. 56–58.
• CHMIELOWSKI K., BUGAJSKI P., WĄSIK E. 2015. Ocena działania oczyszczalni ścieków w Haczowie przed i po modernizacji [Assessment of the operation of a sewage treatment plant in Haczów before and after modernization]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr IV/1 p. 949–964. DOI 10.14597/infraeco.2015.4.1.076.
• CHMIELOWSKI K., SATORA S., WAŁĘGA A. 2009. Ocena niezawodności działania oczyszczalni ścieków dla gminy Tuchów [Evaluation of the reliability of the sewage treatment plant for the commune of Tuchów]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 9 p. 63–72.
• KUREK K., BUGAJSKI P., OPERACZ A., ŚLIZ P., JÓŹWIAKOWSKI K., ALMEIDA A. 2020. Reliability assessment of pollution removal of wastewater treatment plant using the method of Weibull. In: The 9th International Scientific-Technical Conference on Environmental Engineering, Photogrammetry, Geoinformatics – Modern Technologies and Development Perspectives (EEPG Tech 2019). Vol. 171, 01007 DOI 10.1051/e3sconf/202017101007.
• LUSZNIEWICZ A., SŁABY T. 2003. Statystyka z pakietem komputerowym STATISTICA PL [Statistics with the STATISTICA computer package]. Warszawa. Wydawnictwo C.H. Beck. ISBN 83-7247-798-1 pp. 445.
• MARZEC M. 2017. Reliability of removal of selected pollutants in different technological solutions of household wastewater treatment plants. Journal of Water and Land Development. No. 35 p. 141–148. DOI 10.1515/jwld-2017-0078.
• MEIJER D., VAN BIJNEN M., LANGEVELD J., KORVING H., POST J., CLEMENS F. 2018. Sewer networks using graph-theory. Water. Vol. 10, 136. DOI 10.3390/w10020136.
• MŁYŃSKA A., CHMIELOWSKI K., MŁYŃSKI D. 2017. Analiza zmian jakości ścieków w trakcie procesów oczyszczania na oczyszczalni w Przemyślu [The analysis of the changes in the sewage quality during treatment processes on the wastewater treatment plant in Przemyśl]. Inżynieria Ekologiczna. Vol. 18(5) p. 18–26. DOI 10.12912/23920629/74973.
• MŁYŃSKI A., CHMIELOWSKI K., MŁYŃSKI D. 2016a. Ocena skuteczności oraz stabilności pracy oczyszczalni ścieków w Zabajce [The assesment of the efficency and stability of work sewage treatment plant in Zabajka]. Inżynieria Ekologiczna. Vol. 47 p. 123–130. DOI 10.12912/23920629/62856.
• MŁYŃSKI D., BUGAJSKI P., MŁYŃSKA A. 2019. Application of the mathematical simulation methods for the assessment of the wastewater treatment plant operation work reliability. Water. Vol. 11, 873. DOI 10.3390/w11050873.
• MŁYŃSKI D., CHMIELOWSKI K., MŁYŃSKA A., MIERNIK W. 2016b. Ocena skuteczności pracy oczyszczalni ścieków w Jaśle [Evaulation of efficency of sewage treatment plant in Jasło]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Vol. I/1 p. 147–162. DOI 10.14597/infraeco.2016.1.1.011.
• MŁYŃSKI D., MŁYŃSKA A., CHMIELOWSKI K., PAWEŁEK J. 2020. Investigation of the wastewater treatment plant processes efficiency using statistical tools. Sustainability. Vol. 12(24), 10522. DOI 10.3390/su122410522.
• NASTAWNY M., JUCHERSKI A. 2013. Ocena technologicznej niezawodności przydomowej oczyszczalni ścieków z układem złóż filtracyjnych zmodyfikowaną metodą Weibulla [Assessing technical reliability of an on-site sewage treatment plant with filtration bed system, by using modified Weibull’s method]. Problemy Inżynierii Rolniczej. Nr 2(80) p. 165–175.
• NIKU S., SCHROEDER E.D., TCHOBANOGLOUS G., SAMANIEGO F.J. 1981. Project summary. In: Performance of activated sludge processes: Reliability, stability and variability. EPA-600/S2-81-227. Cincinnati, OH, USA. EPA. Vol. 53(5) p. 546–559.
• OLIVEIRA S.C., SOUKI I., VON SPERLING N. 2012. Lognormal behaviour of untreated and treated wastewater constituents. Water Science & Technology. Vol. 63 p. 596–603. DOI 10.2166/wst.2012.899.
• OLIVEIRA S.C., VON SPERLING M. 2008. Reliability analysis of wastewater treatment plants. Water Research. Vol. 42(4–5) p. 1182–1194. DOI 10.1016/j.watres.2007.09.001.
• PN-EN 872:2007 – wersja polska. Jakość wody – oznaczanie zawiesin – Metoda z zastosowaniem filtracji przez sączki z włókna szklanego [Polish version. Water quality – determination of suspended solids – Method using filtration through glass fiber filters]. Warszawa. PKN pp. 12.
• PN-EN ISO 5815-1:2019-12. Jakość wody – oznaczanie biochemiczne- go zapotrzebowania tlenu po n dniach (BZTn) – Część 1: Metoda rozcieńczeń, z dodatkiem materiału zaszczepiającego i allilotio-mocznika [Water quality – Determination of biochemical oxygen demand after n days (BODn) – Part 1: Dilution method, with addition of seed and allylthiourea]. Warszawa. PKN pp. 36.
• PN-ISO 6060: 2006. Jakość wody – oznaczanie chemicznego zapotrzebowania tlenu [Water quality – Determination of chemical oxygen demand]. Warszawa. PKN pp. 10.
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej z dnia 12 lipca 2019 r. w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego oraz warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu do wód lub do ziemi ścieków, a także przy odprowadzaniu wód opadowych lub roztopowych do wód lub do urządzeń wodnych [The Regulation of the Minister of Maritime Economy and Inland Navigation of 12 July 2019 on the substances that are particularly harmful to the aquatic environment and the conditions to be met upon discharging them into water or ground, and upon discharging rain water and thaw water onto the water or to water facilities]. Dz.U. 2019 poz. 1311.
• SIWIEC T., RECZEK L., MICHEL M.M, GUT B, HAWER-STROJEK P., CZAJKOWSKA J., J ÓŹWIAKOWSKI K., GAJEWSKA M., BUGAJSKI P. 2018. Correlations between organic pollution indicators in municipal wastewater. Archives of Environmental Protection. Vol. 44(4) p. 50–57. DOI 10.24425/aep.2018.122296.
• ŚLIZ P. 2018. Analiza skuteczności, niezawodności i stabilności procesów w Oczyszczalni Ścieków Kraków-Płaszów [An analysis of effectiveness, reliability and process stability at Krakow-Płaszow Sewage Treatment Plant]. Świat Nieruchomości. T. 105(3) p. 77–82.
• SOBCZYK M. 2022. Statystyka [Statistics]. Warszawa. Wydaw. Nauk. PWN. ISBN 9788301151997 pp. 428.
• TAHERIYOUN M., MORADINEJAD S. 2015. Reliability analysis of a wastewater treatment plant using fault tree analysis and Monte Carlo simulation. Environmental Monitoring and Assessment. Vol. 187 p. 4186–4199. DOI 10.1007/s10661-014-4186-7.
• TCHÓRZEWSKA-CIEŚLAK B., PIEGDOŃ I. 2016. The method of identification the failure risk on water supply networks. Journal of KONBiN. Vol. 1(37) p. 73–94. DOI 10.1515/jok-2016-0004.
• VAN RIEL W., VAN BUEREN E., LANGEVELD J., HERDER P., CLEMENS F. 2015. Decision-making for sewer asset management: Theory and practice. Urban Water Journal. Vol. 13 p. 57–68. DOI 10.2166/wst.2016.253
• WAŁĘGA A. 2009. Ocena funkcjonowania oczyszczalni ścieków metodami statystycznymi [Assessment of the functioning of wastewater treatment plants using statistical methods]. Forum Eksploatatora. Nr 5(44) p. 30–34.
• WĄSIK E., BUGAJSKI P., CHMIELOWSKI K. 2016. Model Weibulla jako narzędzie oceny niezawodności działania oczyszczalni ścieków w Niepołomicach [Weibull model as a tool for assessment of operation reliability in a sewage treatment plant in Niepołomice]. Nauka, Przyroda, Technologie. Nr 10(2) #20 p. 1–11. DOI 10.17306/J.NPT.2016.2.20.
• ZAWADZKA B., SIWIEC T., MARZEC M. 2021. Effectiveness of dairy and domestic wastewater treatment and technological reliability of the wastewater treatment plant in Michów. Poland. Journal of Ecological Engineering. Vol. 22(10) p. 141–151. DOI 10.12911/22998993/1421.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).