Combined sewer systems in cities are increasingly equipped with additional storage facilities or other installations necessary for keeping the wastewater treatment plants from overloading during wet weather and reducing combined sewer overflows into receiving waters. Effective methods for reducing such negative phenomena include the temporary storage of wet weather flow in an end-of-pipe separate tank or in a sewer system. In this paper, four scenarios of wastewater storage for the Group Wastewater Treatment Plant (GWWTP) in Lodz (Poland) have been analysed: a storage in a separate single tank located in GWWTP, a storage in the bypass channel in GWWTP, in-sewer storage, and a combination of the aforementioned variants, also with real time control (RTC) system introduced. The basic calculations were performed using the EPA’s SWMM software for the period of 5 years (2004-2008). The chosen solution - storage in a separate storage tank - has been verified based on the inflow dataset from the years 2009-2013. The specific volume of the separate storage tank should be at least 22 m3 per hectare of impervious catchment area, but it could be reduced if additional in-sewer storage with RTC were introduced. Both options allow the effective protection of receiving waters against discharge of untreated sewage during wet weather.
Despite full adoption of EU requirements into current legal regulations in Poland, surface waters as sewage receivers in urban areas still cannot be considered fully protected, especially against contamination from sewer overflows and storm water systems. The examples discussed demonstrate that urban wastewater discharged from sewer overflows and storm water systems during rainfalls has a clearly dominant share in the load of pollutants emitted to the receiver. It is therefore important to develop efficient tools of water protection against these contaminants. Uniform but rather limited provisions applicable throughout the country do not take account of specific local conditions, especially size of wastewater receivers and size and characteristics of the catchment area, preventing therefore effective and economically viable water protection. The results of this research, carried out in Lodz, examining pollution loads discharged from the urban catchment area, illustrate that current approach to surface water protection issues requires a revision. Feasibility of regulatory changes in the area of setting requirements for effective receiver protection against pollutants discharged from urban areas was presented, considering the impact of untreated wastewater on the receiving water. It is also necessary to take comprehensive measures both in terms of research on pollutant emissions and their impact on the receiver and the method to utilize the results of such studies. This would enable more widespread use of urban wastewater discharge system modeling, which in turn would enable a reliable assessment of their impact on the receiver and taking appropriate modernization decisions. All of these activities are preconditions for sustainable rainwater management in urban areas.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W oparciu o doświadczenia w zakresie monitoringu jakościowego i ilościowego ścieków oraz monitoringu opadów, a także analizy symulacyjne funkcjonowania łódzkiego systemu kanalizacyjnego omówiono korzyści i problemy wynikające z zastosowania tego typu podejścia przy podejmowaniu decyzji związanych z modernizacją sieci kanalizacyjnych. Wykorzystanie modeli symulacyjnych, skalibrowanych w oparciu o dane z monitoringu pozwala na wnikliwą analizę funkcjonowania systemu i jego wpływu na środowisko. Dane uzyskane ze skalibrowanych modeli pozwolą w przyszłości podejmować decyzje np. o wdrażaniu systemów RTC i tworzenia modeli zintegrowanych, narzędzi bardzo efektywnych w tworzeniu w pełni zrównoważonych systemów kanalizacyjnych.
EN
Based on the experience in qualitative and quantitative monitoring of wastewater flow and rainfall, as well as simulation analysis of Lodz sewerage functioning, the benefits and problems resulting from the application of this approach related to the decisions of modernization of sewage systems were discussed. The use of simulation models calibrated based on monitoring dataset allows for thorough analysis of functioning of the system and its impact on the environment. Data obtained from calibrated models will allow in future for taking decisions, for example on the implementation of the RTC systems and the creation of integrated models, very effective tools in creating fully sustainable sewer systems.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki kalibracji modelu spłukiwania zanieczyszczeń stałych ze zlewni miejskiej z wykorzystaniem programu EPA SWMM. Kalibrację wykonano na podstawie wyników badań terenowych przeprowadzonych na zlewni rzeczywistej w Łodzi, a następnie dokonano jego weryfikacji w oparciu o dane pomiarowe dla jednej ze zlewni w Warszawie. Omówiono również ograniczenia stosowania programu SWMM oraz problemy, jakie można napotkać przy jego wykorzystaniu w praktyce inżynierskiej.
EN
The paper presents the results of the calibration of the pollutant wash-off model with use of the EPA SWMM software. The calibration was performed on the basis of field research conducted in an real catchment in Łódź and the model was next verified on the basis of measurement data obtained for an urban catchment in Warsaw. Constraints of the SWMM software use as well as problems which can be met during its use in engineering practice are discussed.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule została omówiona charakterystyka jakościowa spływów opadowych według danych krajowych i zagranicznych oraz efektywność urządzeń stosowanych do ich podczyszczania. Zostały przedstawione wyniki przeprowadzonych w Łodzi badań jakości ścieków opadowych odprowadzanych z powierzchni o różnym sposobie zagospodarowania i lokalizacji. Badania prowadzone były w cyklu wieloletnim i umożliwiły analizę jakościową spływów pochodzących z różnych zjawisk opadowych, o zmiennej intensywności, czasie trwania i pojawiających się po zróżnicowanych czasowo okresach pogody suchej, co w istotny sposób wpływa na ich stopień zanieczyszczenia. Tego typu dane umożliwiają wytypowanie powierzchni i zlewni, z których bezpośrednie odprowadzanie spływów opadowych do wód powierzchniowych lub do gruntu nie stanowi zagrożenia dla środowiska. Na podstawie przeprowadzonych badań i analiz sformułowano wskazówki dotyczące doboru rozwiązań w zakresie gospodarowania wodami opadowymi na obszarach zurbanizowanych w aspekcie zanieczyszczenia ścieków opadowych. Wybór odpowiednich rozwiązań w zakresie gospodarowania ściekami opadowymi na obszarach zurbanizowanych jest warunkiem skutecznej ochrony środowiska przed zanieczyszczeniami, ale również umożliwia optymalne wykorzystanie środków przewidzianych na ten cel.
EN
In this paper the characteristics of rainfall runoff quality according to the Polish and foreign data and the effectiveness of the facilities used for stormwater pre-treatment is discussed. The results of studies conducted in Lodz on the stormwater quality discharged from surfaces of various land use and location are presented. Studies were conducted on a multiannual basis and enabled a qualitative analysis of runoff from various precipitation phenomena of variable intensity, duration and occurring after different time periods of dry weather, which significantly affect level of stormwater pollution. Such data allows recognizing of surfaces and catchments from which the direct discharge of stormwater into the surface waters or the ground poses no threat to the environment. On the basis of research and analysis guidelines for the selection of solutions for the stormwater management in urban areas in terms of stormwater. The selection of suitable solutions for stormwater management in urban areas is a prerequisite for the effective protection of the environment against pollution , but also enables the optimal use of resources provided for this purpose.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Wyniki składu ścieków ogólnospławnych opuszczających wybrany do badań przelew burzowy J1 w Łodzi wykazały, że wielkość ładunku kierowanego do odbiornika jest ściśle powiązana nie tylko z charakterem opadu, ale także z porą dnia, w której następuje wzmożony dopływ ścieków do kanalizacji, stopniem zanieczyszczenia terenu zlewni oraz ilością zalegających w sieci osadów. Dzięki wykonanym analizom laboratoryjnym, wzbogaconym wynikami pochodzącymi z pomiarów on-line, określono wielkość ładunku zanieczyszczeń badanych wskaźników (ChZT, BZT5, zawiesiny ogólne, zawiesiny mineralne, N-NH4, Pog) w zależności od zjawiska opadowego powodującego aktywację przelewu. Wyniki badań posłużyły również do określenia występowania efektu pierwszej fali zanieczyszczeń w ściekach emitowanych przez przelew J1 do odbiornika. Stwierdzono, że w trakcie roku 2012 objętego badaniami na 11 przeanalizowanych zjawisk, aż w 8 przypadkach efekt ten został zauważony, zarówno dla wszystkich badanych wskaźników, jak i tylko dla niektórych zależnie od opadu. Mimo podejmowanych działań prawnych oraz inwestycji służących ograniczeniu emisji ładunku zanieczyszczeń do odbiorników stan polskich rzek nadal nie należy jeszcze do dobrych. W związku z tym konieczna jest ciągła kontrola emisji zanieczyszczeń z uwzględnieniem nowoczesnych metod jej pomiaru oraz wykorzystania otrzymywanych wyników do opracowywania danych do programów komputerowych umożliwiających realną ocenę tej emisji z systemu kanalizacji ogólnospławnej.
EN
The results of the wastewater composition leaving the chosen J1 combined sewer overflow in Lodz showed that the volume of load directed to the receiver is closely related not only to the character of precipitation, but also to the time of day, in which there is increased inflow of wastewater into the sewerage system, the level of pollution of the catchment and amount of sediments present in the sewers. Due to the conducted laboratory analyzes, supplemented with other results from on-line measurements, the load size of examined indicators of pollution (COD, BOD5, suspended solids, mineral solids, N-NH4, Ptot) depending on the rain event causing the activation of the overflow J1 was determined. The results were also used to determine the prevalence of the first flush effect of pollutants in wastewater emitted by J1 overflow to the receiver. Therefore, a continuous control of the pollutants emission including modern methods of measurement and the use of the obtained results to develop data to computer programs enabling a realistic assessment of the emission from sewer system is necessary.
Total suspended solid (TSS) input into receiving waters is an important pollutant adversely influencing aquatic environment and condition of aquatic biota. The main sources of total suspended solids are processes of soil erosion and washing out of solid matter by storm runoff, particularly from urban catchments. Quality of stormwater runoff essentially depends on rainfall duration and intensity, pollutant accumulation on the catchment as well as duration of dry weather period prior to the rainfall event. The frequency and levels of total suspended solid concentration in stormwater discharged from a real urban catchment were determined using SWMM (Storm Water Management Model) software. The SWMM model has been calibrated based on the rainfall, receiving water flow rate and TSS concentration data obtained for that catchment. For more than one third of precipitation events TSS mean concentration was found to exceed 100 g/m3. Such level of pollution may be critical for ecosystems of small urban rivers. The results of presented analyses prove that quality monitoring as well as stormwater treatment should be introduced for stormwater discharges in urban catchments.
PL
Zawiesiny ogólne wprowadzane do odbiorników wodnych są ważnym zanieczyszczeniem negatywnie wpływającym na środowisko wodne i kondycję organizmów wodnych. Głównymi źródłami zawiesin ogólnych są procesy erozji i spłukiwania zanieczyszczeń stałych, szczególnie ze zlewni miejskich. Skład ścieków deszczowych zależy przede wszystkim od czasu trwania i intensywności opadów atmosferycznych, akumulacji zanieczyszczeń na powierzchni zlewni oraz czasu trwania tzw. suchej pogody przed deszczem. Wykorzystując program SWMM określono częstość i zawartość zawiesin ogólnych w ściekach deszczowych odprowadzanych z rzeczywistej zlewni miejskiej. Model SWMM został skalibrowany na podstawie danych dotyczących opadów atmosferycznych, strumienia objętości wody w odbiorniku oraz zawartości zawiesin w zlewni. Stwierdzono, że w przypadku ponad jednej trzeciej opadów atmosferycznych, średnia zawartość zawiesin ogólnych przekraczała 100 g/m3. Taka zawartość zanieczyszczenia może być groźna w przypadku ekosystemów małych rzek miejskich. Otrzymane wyniki dowodzą, że w zlewniach miejskich powinien być prowadzony zarówno monitoring ścieków deszczowych, jak i ich oczyszczanie.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule zostały omówione efekty zastosowania obiektów do lokalnego zagospodarowania wód opadowych, takich jak: obiekty do ich gromadzenia i wykorzystania, infiltracji do grantu, dachy zielone itp. w aspekcie odciążenia miejskich systemów kanalizacyjnych. Przedstawiona została także możliwość wykorzystania programu EPA SWMM.do oszacowania tych efektów.
EN
In the paper, the effect of application of LID (Low Impact Deve-lopment) objects to stormwater management such as: storage facilities with stormwater reuse, infiltration, green roofs etc. in the aspects of relief of urban sewerage systems was demonstrated. The possibility of using the EPA SWMM software for assessment of this effect is presented
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono charakterystykę modeli cyfrowych spłukiwania zanieczyszczeń stałych ze zlewni zurbanizowanej, wyszczegól-niając ich elementy składowe i wzajemne powiązanie. Podano dane literaturowe na temat szybkości nagromadzenia zanie¬czyszczeń stałych na zlewniach zurbanizowanych. Scharaktery¬zowano także szczegółowo model EPA SWMM w zakresie dotyczącym nagromadzenia i spłukiwania zanieczyszczeń stałych.
EN
The paper presents characteristics of digital models for solid pollutant wash-off from urban catchments, taking specification of their components and mutual connections into consideration. Literature data on accumulation rate of solid pollutants in urban areas is given. The EPA SWMM model is characterized in detail concerning accumulation and wash-off of solid pollutants.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Modernizacja systemów kanalizacyjnych wymaga uwzględnienia różnych wariantów rozwiązań. Dotychczas są one oceniane zazwyczaj według jednego kryterium, najczęściej ekonomicznego. Pełna ocena takich zamierzeń wymaga natomiast uwzględnienia także kryteriów pozaekonomicznych, na przykład społecznych i niezawodnościowych. Ocenę taką umożliwia między innymi metoda AHP (Analitical Hierarchy Process), w której mogą być ujęte rozmaite kryteria mierzalne i niemierzalne, wartościowane względem siebie. W artykule przedstawiono ogólne zasady stosowania metody AHP oraz przykład jej zastosowania do wyboru optymalnego wariantu modernizacji systemu kanalizacyjnego dla rzeczywistej zlewni.
EN
In the paper, we demonstrate the example of the use of Analytic Hierachy Process (AHP) for searching an optimal solution of an urban sewerage system modernization. The principles of the AHP method and its applicability for environmental projects are presented. The fi ve following criteria of solution assessment were taken into consideration: economic, ecological, reliability, social and technical. The aim of modernization of the sewerage system was reducing environmental impact due to CSO events, hydraulic relief of conduits and in consequence reducing of fl ooding on urban catchment. Four alternatives of meeting this aim were analysed: one storage tank prior to the CSO, eight storage tanks located on the catchment, one storage tank on the CSO channel, dispersed retention devices located on the sub-catchments. The alternative no.1 was found as the optimal solution of the problem.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono analizę wyników modelowania ogólnospławnego systemu kanalizacji ogólnospławnej dla zlewni o dużej powierzchni. Zastosowano program SWMM v.5.0 zaadaptowany do wprowadzania opadu o intensywności przestrzennie zmiennej. Symulację funkcjonowania systemu kanalizacyjnego przeprowadzono dla rzeczywistych zlewni w Łodzi przy wykorzystaniu danych z monitoringu opadów na terenie miasta w roku 2010 i 2011. Na tej podstawie porównano wyniki obliczeń dla opadów przestrzennie zmiennych oraz punktowych zadanych dla całej zlewni. Ta ostatnia opcja prowadzić może do istotnego zawyżania lub zaniżania wyników obliczeń.
EN
This article presents the results of computer simulations of existing combine sewerage system with the use of the SWMM v.5.0 software. The software input format has been adopted for the case of spatially distributed rainfalls. Rainfall data obtained from a municipal monitoring system were used for modeling runoff from two large urban catchments in Łódź. On the basis of the results, the comparison of flows obtained for the spatially distributed and standard static rainfalls has been made. It was demonstrated that the option of static rainfalls usually leads to significant overestimation of flows (however in some case underestimation is also possible). For that reason, there is an urgent need to verify the present rules and methods for dimensioning sewerage systems draining large urban catchments.
Wyniki weryfikacji modelu dla zlewni Dąbrowa w Łodzi i Orzycka w Warszawie. Analiza wrażliwości modelu SWMM na zmiany parametrów dla deszczu ulewnego i średnio intensywnego. Główne źródła błędów modelowania. Bardziej wiarygodne wyniki przy zastosowaniu symulacji komputerowych niż tradycyjnych metod uproszczonych.
EN
Results of the verification model for catchment Dqbrowa Orzycka in Lodz and in Warsaw. SWMM model sensitivity analysis to changes in the parameters for the torrential rain and the average intensive. Main sources of modeling errors. More reliable results using computer simulations than traditional methods simplified.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Wyniki analiz dobowej dynamiki natężenia przepływu w wybranych punktach sieci kanalizacji ogólnospławnej Łodzi oraz dynamiki składu ścieków na dopływie do Grupowej Oczyszczalni Ścieków Łódzkiej Aglomeracji Miejskiej.
EN
The results of analysis of the dynamics of the daily flow rate at selected points in the network and the sewage system dynamics Łódź wastewater composition of Group tributary to the Wastewater Treatment Plant City of Łódź Agglomeration.
Przedstawiono problematykę biologicznego oczyszczania ścieków ogólno-spławnych w oparciu o badania własne i symulację komputerową. Przeanalizowano zmiany temperatury i składu ścieków podczas tzw. mokrej pogody. Skład ścieków ogólnospławnych w trakcie spływów spowodowanych różnego rodzaju zjawiskami atmosferycznymi (burze, deszcze, roztopy) ulega ciągłym zmianom, co niekorzystnie wpływa na stabilność i skuteczność biologicznego oczyszczania. Szczególnie istotne jest nadmierne rozcieńczenie ścieków, powodujące zmniejszenie ilości łatwo przyswajalnego źródła węgla odpowiedzialnego za prawidłowy przebieg procesu biologicznego oczyszczania. Wyniki wcześniej przeprowadzonych badań własnych wykazały, że skład frakcyjny ChZT i azotu ogólnego (TKN) ma decydujący wpływ na wyniki modelowania procesu biologicznego oczyszczania ścieków. W pracy dokonano analizy wrażliwości procesu na zmiany poszczególnych frakcji tych wskaźników. Zmian wartości frakcji dokonano w odniesieniu do rzeczywistych wartości wskaźników jakości ścieków surowych podczas tzw. suchej pogody, dopływających do Grupowej Oczyszczalni Ścieków w Łodzi. Wykazano, że zmiany składu frakcyjnego zanieczyszczeń ścieków ogólnospławnych, odniesione do ścieków dopływających do oczyszczalni podczas suchej pogody, mają ograniczony wpływ na jakość ścieków oczyszczonych. W szczególnych przypadkach zmiany te mogą jednak wpływać znacząco niekorzystnie na wartość ChZT i zawartość azotu ogólnego, co w przypadku azotu jest także związane ze spadkiem temperatury ścieków w porze zimowej.
EN
Problems inherent in the biological treatment of combined wastewater in the city of Lodz were examined by computer simulation and by analyzing the results of the authors' own studies. Detailed consideration was given to the variations in the temperature and composition of the combined wastewater during wet weather periods. During runoff caused by such meteorological phenomena as storm, rainfall or melting snow the composition of the wastewater is constantly changing, which adversely affects the stability and efficiency of biological treatment. Of particular concern is the excessive dilution of the wastewater stream, as this largely reduces the quantity of the readily biodegradable carbon source, an important contributor to the course of the treatment process. The results of a previous study have shown that the fractional composition of COD and total nitrogen (TKN) is a decisive factor in the modeling of the biological treatment process. In the present study the process was analyzed for the response to the variations in the particular fractions of the two parameters. The variations in the values of these fractions were related to those in the real quality parameters of the raw wastewater entering the Group Wastewater Treatment Plant in Lodz over a dry weather period. It has been demonstrated that the variations in the fractional composition of the combined wastewater pollutants - when related to the wastewater entering the treatment plant during dry weather - generally have a limited impact on the quality of the treated water. In some instances, however, these variations may exert a notably adverse effect on the COD and TKN values. In the case of nitrogen, this unfavorable effect is also attributable to the drop in the wastewater temperature in the winter season.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Dla przygotowanego w programie SWMM modelu cyfrowego rzeczywistej zlewni i sieci kanalizacyjnej dokonano kalibracji, wykorzystując dane pomiarowe opadów i odpływu ścieków.
EN
Calibration for digital model of virtual catchment area and water supply / sewage treatment systems done with SWMM software with the use of precipitation and sewage flow measurement data.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
On the basis of model calculation results for existing city catchment area, conducted with the use of EPA SWMM software, the influence of the integration level of partial catchment areas on calculation results was proved. The essential calculation parameter, hydraulic run-off width, tends to increase rapidly with the increase of the catchment area integration level. Considering conducted analyses, it can be recommended that partial catchment areas should be not bigger than 2 ha - in which case hydraulic run-off width can be introductorily defined as 30 - 60 m (for catchment area managed in a similar way to the analyzed one). Proper integration level of the catchment area is a decisive factor for correct designing of precipitation sewage system and essential for the process of calibration of a calculation model.
Systemy kanalizacyjne są, jak wiadomo, przeznaczone do odbioru i transportu ścieków z miejsc ich powstawania. Docelowym obiektem jest odbiornik ścieków, do którego ścieki trafiają, za pośrednictwem oczyszczalni. Gdyby system ten funkcjonował zawsze wg powyższego schematu, jego wpływ na środowisko byłby stabilny i ograniczony.