Souhrn
Na vybraných údajích uvedených v obnoveném povolení k vypouštění odpadních vod pro objekt KB Alloys z 20. května 2010 [1] bylo ověřováno, k jakým výsledkům by při stejném zadání dospěl Český imisní test (CIT) [2]. Faktory zředění získané pomocí modelu CIT byly přibližně stejné jako faktory zředění, které na základě stejných vstupních hodnot odvodil model RIVPLUM použitý jako podklad pro obnovení povolení.
Úvod
Podnik KB Alloys, LLC., ve Wenatchee je umístěn přibližně sedm mil jihovýchodně od Wenatchee na jih od řeky Columbia, do níž vypouští odpadní vody. Situace vypouštění je zobrazena na obr. 1. V původním povolení k vypouštění odpadních vod před více než deseti lety byly pro objekt KB Alloys vymezeny faktory zředění. Způsob odvození v původním dokumentu nebyl jasně vysvětlen, takže není zřejmé, jakým způsobem byly hodnoty odvozeny. Proto byl proveden pokus simulovat podmínky pomocí modelu CORMIX 6, avšak tento software nedokáže modelovat mnohovýtokový difuzér umístěný v menší vzdálenosti od břehu, než je hloubka v řece. Z toho důvodu bylo přistoupeno k simulaci pomocí modelu RIVPLUM. Model RIVPLUM však vychází z předpokladů, které nejsou doporučovány pro tak široké toky, jako je řeka Columbia. Přesto však za použití stejných podmínek odvodil RIVPLUM faktory zředění srovnatelné s těmi, které byly uvedeny v původním povolení k vypouštění odpadních vod. Vzhledem k tomu, že faktory zředění byly používány více než 10 let, a na základě skutečnosti, velikosti relativního vypouštění k průtoku v řece i výsledků modelu RIVPLUM byly původní faktory zředění zachovány i v nově navrhovaném povolení k vypouštění odpadních vod. Na vybraných údajích uvedených v povolení k vypouštění odpadních vod pro objekt KB Alloys z 20. května 2010 bylo ověřováno, k jakým výsledkům by při stejném zadání dospěl Český imisní test (CIT).
Obr. 1. Situace
Fig. 1. Situation
Metodika
Do modelu CIT byly zadány následující vstupní hodnoty:
| Vypouštěné množství odpadní vody | 0,0132 m3/s (0,465 cfs) |
| Průměrná šířka recipientu pod výustí | 114,3 m (375 ft) |
| Průměrná hloubka recipientu pod výustí | 3,964 m (13 ft) |
| Střední profilová rychlost v recipientu pod výustí | 0,604 m/s (1,98 fps) |
| Manningův koeficient drsnosti | 0,03 |
| Vzdálenost výusti od pravého břehu | 1,62 m (5,3 ft) |
| Konec chronické mísicí zóny | 91,44 m (300 ft) |
| Konec akutní mísicí zóny | 9,144 m (30 ft) |
| Konstanta koeficientu příčné horizontální difuze | 0,6 |
Koncentrace pozadí C90 v řece:
- pro hliník 6 µg/l,
- pro měď 1,1 µg/l,
- pro zinek 1,9 µg/l.
Koncentrace C95 ve vypouštěné odpadní vodě, která byla vypočtena tak, že maximální koncentrace zjištěná u dvanácti odebraných vzorků byla vynásobena příslušným násobitelem:
- pro hliník 348 x 1,63 = 567,24 µg/l,
- pro měď 100 x 1,63 = 163 µg/l,
- pro zinek 27,4 x 1,63 = 44,662 µg/l.
Pro určení koncentrace s pravděpodobností nepřekročení 95 % se používají statistické metody, které vycházejí z počtu odebraných vzorků. Podrobný postup výpočtu násobitele lze nalézt na webové stránce Washington State Department of Ecology [5]. Vychází-li se například z hodnot koncentrací, které jsou zjištěny ve dvanácti odebraných vzorcích, pak je násobitel 1,63.
Obr. 2. Faktory zředění – výstup z modelu CIT
Fig. 2. Dilution factors – model CIT output
Výsledky a diskuse
Výsledné faktory zředění pro konec akutní mísicí zóny a pro konec chronické mísicí zóny vypočtené modelem CIT (obr. 2) odpovídají výsledkům modelu RIVPLUM uvedeným v tabulce 1, která byla převzata z podkladů pro povolení vypouštění odpadních vod z objektu KB Alloys. Na obr. 3 jsou v osmém sloupci uvedeny hodnoty, které vypočítal model CIT pro konec chronické mísicí zóny. Vypočtené hodnoty jsou v souladu s maximálními hodnotami na konci chronické mísicí zóny uvedenými v tabulce 2, která sloužila jako podklad pro povolení vypouštění odpadních vod z objektu KB Alloys. Na konci akutní mísicí zóny by model CIT vypočítal hodnoty nižší, než jsou uvedeny v tabulce 2, protože pro konec akutní mísicí zóny byl v tabulce 2 použit koeficient zředění 467, který je podstatně menší než koeficient zředění 685,1 vypočtený modelem CIT. U modelu CIT se stejně jako u modelu RIVPLUM jedná o 2D model. Odhad délky 3D zóny vychází přibližně 313 m. Navržené délky akutní i chronické mísicí zóny jsou menší (upozorňuje na to červeně napsaná výstraha odkazující na buňku D7 na obr. 3). To znamená, že ještě nemusí dojít k dokonalému promísení ve vertikálním směru, a měl by se pro výpočet faktoru zředění použít spíše 3D model.
Tabulka 1. Faktory zředění [1]
Table 1. Dilution factors [1]
Pro většinu praktických problémů, u kterých se počítá s průměrnou hloubkou, doporučuje Fischer [3] používat konstantu pro výpočet koeficientu vertikální difuze 0,067. Při použití této konstanty vychází v našem případě výše uvedená vzdálenost po úplné vertikální promísení. Více než desetiletá praxe ukázala, že v daném případě je ještě na hranici navržené chronické mísicí zóny výsledek získaný 2D modelem RIVPLUM (tedy i modelem CIT) přijatelný. U konce akutní mísicí zóny, který se nachází hlouběji uvnitř 3D zóny, je již mezi faktorem zředění získaným pomocí 2D modelu a faktorem zředění ověřeným praxí patrný podstatný rozdíl. Rutherford [4] uvádí, že u vertikálních sekundárních cirkulací v přírodních korytech vodních toků lze očekávat zvětšení vertikálního mísení.
Obr. 3. Výstup z modelu CIT pro konec chronické mísicí zóny
Fig. 3. Model CIT output for boundary of the chronic mixing zone
Je však málo dat, aby se kvantifikoval jejich účinek, ale jeví se, že se konstanta koeficientu vertikální difuze nachází mezi hodnotami 0,067 až 0,33. Při použití konstanty koeficientu vertikálního mísení 0,33 by v našem případě došlo k dokonalému promísení ve vertikálním směru již přibližně 64 m pod zdrojem znečištění a použití 2D modelu pro konec chronické mísící zóny ve vzdálenosti větší než 64 m by bylo jednoznačně odůvodnitelné.
Tabulka 2. Přijatelná potenciální kalkulace [1]
Table 2. Reasonable potential calculation [1]
Závěr
Co se týká výpočtu faktoru zředění, dává model CIT přibližně stejné výsledky jako model RIVPLUM. Koncentrace v toku se pak počítá na základě faktorů zředění vypočtených podle údajů o vypouštěném množství a průtokových poměrech v recipientu. Je nutno upozornit, že se jedná o 2D model, který předpokládá dokonalé promísení ve vertikálním směru. To znamená, že v oblasti, ve které ještě nedojde k dokonalému promísení ve vertikálním směru, může dávat poněkud zkreslené výsledky. Pokud bude faktor zředění na konci regulační mísicí zóny vypočten nebo určen podle jiných kritérií, pak se i koncentrace v recipientu vypočtené pomocí tohoto faktoru budou pochopitelně lišit od koncentrací vypočtených pomocí modelu CIT. Kritéria pro určení faktoru zředění používaná v USA lze nalézt například v [5].
Poděkování
Tento příspěvek vznikl díky finanční podpoře věnované Ministerstvem životního prostředí České republiky výzkumnému záměru MŽP0002071101 Výzkum a ochrana hydrosféry.
