Analiza wariantowa efektywności chlorowania wody w wybranej sieci wodociągowej

Chlorination of water belongs to the basic methods of its disinfection and is commonly used, permanently or periodically, as the final stage of water treatment at many water treatment stations in Poland. Although, the chlorination process is a well-known phenomenon, the selection of an appropriate dose of disinfectant is still a difficult task. The lack of chlorine in the water or its too low content (below 0.2 mg · dm–3) results in the lack of microbiological protection of water flowing through the pipes. A reverse situation is also unfavourable. The use of too high doses of chlorine at the entrance to the network, on the one hand, ensures adequate disinfectant concentration even in the fittings of the network, on the other hand, it can lead to dangerous for health disinfection by-products (DBPs) including trihalomethanes (THMs). The selection of the proper dose of chlorine should take into account factors affecting its consumption, chemical parameters of water as well as hydraulic parameters of water transport. Such possibilities are available due to application of numerical modelling to study the transport of chlorine in water. The aim of the presented research is to analyse the effectiveness of chlorination of water in a selected water supply network. Simulation tests were carried out for various doses of disinfectant supplied to the network for the assumed duration of the simulation - 168 h. The qualitative model was developed in the EPANET 2.0 software using a hydraulic model of the tested network. The first order chlorine decay reaction was assumed to modelling studies, with applied literature values of decay rate of chlorine in water. The results of simulation tests of chlorine transport in the network revealed difficulties in choosing the right dose of chlorine necessary to ensure microbiological protection of water in the network. The forced flow allowed effective disinfection of water.Chlorowanie wody należy do podstawowych metod jej dezynfekcji i jest powszechnie stosowane stale lub okresowo jako końcowy etap uzdatniania wody na wielu stacjach uzdatniania wody w Polsce. Mimo iż sam proces chlorowania jest zjawiskiem dobrze znanym, to dobór odpowiedniej dawki dezynfektanta jest nadal zadaniem sprawiającym trudności. Brak chloru w wodzie bądź jego zbyt mała zawartość (poniżej 0,2 mg·dm–3) skutkuje brakiem ochrony mikrobiologicznej wody przepływającej w przewodach. Niekorzystna jest również sytuacja odwrotna. Stosowanie zbyt dużych dawek chloru na wejściu do sieci z jednej strony zapewnia odpowiednie stężenie dezynfektanta nawet w końcowych odcinkach sieci, z drugiej strony może prowadzić do powstawania niebezpiecznych dla zdrowia ubocznych produktów dezynfekcji, w tym trihalometanów. Dobór odpowiedniej dawki chloru powinien uwzględniać czynniki wpływające na jego zużycie, parametry chemiczne wody, a także parametry hydrauliczne transportu wody. Takie możliwości daje zastosowanie modelowania numerycznego do badania transportu chloru w wodzie. Celem prezentowanych badań jest analiza efektywności chlorowania wody w wybranej sieci wodociągowej. Badania symulacyjne przeprowadzono dla różnych dawek dezynfektanta podawanych do sieci przez założony czas trwania symulacji - 168 godzin. Model jakościowy wykonano w programie EPANET 2,0 przy zastosowaniu modelu hydraulicznego badanej sieci. Do obliczeń symulacyjnych rozkładu chloru przyjęto pierwszorzędową reakcję jego rozkładu oraz literaturowe wartości stałych szybkości jego rozkładu. Wyniki badań symulacyjnych transportu chloru w sieci uwidoczniły trudności w doborze odpowiedniej dawki chloru niezbędnej do zapewnienia ochrony mikrobiologicznej wody w badanej sieci. Dopiero wymuszenie przepływu pozwoliło na efektywną dezynfekcję wody

Analiza modelowa efektywności chlorowania wody w miejskiej sieci wodociągowej

Chlorination of water belongs to the basic methods of its disinfection and is commonly used, permanently or periodically, as the final stage of water treatment in many water treatment stations in Poland. Although, the chlorination process is a well-known phenomenon, the selection of an appropriate dose of disinfectant is still a difficult task. The lack of chlorine in the water or its excessively low content (below 0.2 mg × dm–3) may result in the lack of microbiological protection of water flowing through the pipes. A reverse situation is also unfavourable. The use of too high doses of chlorine at the entrance to the network, on the one hand, ensures adequate disinfectant concentration even in the fittings of the network, on the other hand, it can lead to dangerous for health disinfection by-products (DBPs) including trihalomethanes (THMs). The selection of the proper dose of chlorine should take into account factors affecting its consumption, chemical parameters of water as well as hydraulic parameters of water transport. Such possibilities are available due to application of numerical modelling to study the transport of chlorine in water. The aim of the presented research is to analyse the effectiveness of chlorination of water in a selected water supply network. Simulation tests were carried out for the various doses of disinfectant supplied to the network for the assumed duration of the simulation – 168 hours. The qualitative model was developed in the Epanet 2.0 software using a hydraulic model of the tested network. The first order chlorine decay reaction was assumed to modelling studies, with applied literature values of decay rate of chlorine in water. The results of simulation tests of chlorine transport in the network revealed difficulties in choosing the right dose of chlorine necessary to ensure microbiological protection of water in the network. The forced flow allowed effective disinfection of water

Sustainable Development of Rural Areas in Poland since 2004 in the Light of Sustainability Indicators

Sustainable development of a region requires sustainability of its rural parts, as a source of supplies and resources for the urbanized regions. The current climate changes, loss of biodiversity, limited resources, depopulation, deterioration of economic conditions or even poverty may limit the sustainable development of rural populations. This paper presents the study concerning assessment of sustainable development of rural areas in Poland since 2004, the date of Poland entrance to the European Union, in light of the selected Sustainable Development Indicators. The assessment was based on the set of 38 indicators covering environmental, social and economic pillars of sustainability. The results of this study indicate the significant progress in some aspects of rural development in Poland since 2004. However, several serious limits for rural sustainability were identified, including limited access to basic services including sanitation, anthropopressure on the natural environment, limited access to clear and renewable energy, depopulation, ageing, unfavorable economic conditions and relatively low productivity of agriculture

Numeryczna ocena efektywności intensywnego zielonego dachu

The actual increased urbanization and increase in the area of sealed surfaces distort the natural water balance of ecosystems. As the result, the natural infiltration of surface water is limited and the significant increase in surface runoff is being commonly noted. In most cases water of surface runoff is collected and discharged by the stormwater systems to the surface water reservoirs, including rivers and lakes, commonly without any treatment, posing a significant environmental threat to water quality. This paper contains the attempt of numerical assessment of intensive green roof efficiency utilizing three different, commercially available substrates. The numerical modeling of green roof efficiency was performed by the means of the popular modeling software FEFLOW, Wasy-DHI. The developed model reflected the cross section of the tested green roof. The required input data for modeling covering the saturated hydraulic conductivity and water retention characteristics were based on information available in the technical descriptions of the tested substrates. The obtained results showed various performance, understood as different volume of retained water, under the same boundary conditions, directly related to the properties of green roof filling substrates.Zauważalna aktualnie wzmożona urbanizacja i wzrost udziału powierzchni uszczelnionych zaburzają naturalny bilans wodny ekosystemów. W rezultacie naturalna infiltracja wód opadowych zostaje ograniczona, a zdecydowanie wzrasta objętość spływu powierzchniowego. W większości przypadków wody spływu powierzchniowego są zbierane przez układy kanalizacji deszczowej i kierowane do odbiorników, zazwyczaj bez żadnego oczyszczania, stwarzając poważne zagrożenie środowiskowe dla jakości wody. Prezentowana praca zawiera numeryczną próbę oceny efektywności hydraulicznej zielonego dachu wykorzystującego trzy zróżnicowane komercyjnie dostępne substraty warstwy retencyjnej. Modelowanie numeryczne efektywności zielonego dachu zostało przeprowadzone za pomocą popularnego pakietu symulacyjnego FEFLOW, Wasy-DHI. Opracowany model odzwierciedlał wybrany przekrój badanego zielonego dachu. Niezbędne dane wejściowe do obliczeń modelowych, obejmujące współczynniki filtracji oraz charakterystyki retencyjne badanych materiałów porowatych, uzyskano z materiałów technicznych wybranych substratów. Otrzymane wyniki obliczeń numerycznych wykazały zróżnicowaną efektywność badanych substratów, rozumianą jako objętość retencjonowanej wody przy zastosowaniu tych samych warunków brzegowych, bezpośrednio zależną od właściwości hydraulicznych badanych wypełnień zielonego dachu

Analysis of water losses in two selected water distribution systems

The analysis of water losses should precede the decisions on repairing or modernizing a water network. Water balance and water losses indicators established by the International Water Association (IWA) standards can constitute the basis for the analysis. The methods recommended by IWA are gaining increasing popularity in many countries, including Poland. The aim of the paper is the analysis and comparison of water losses in two middle-sized water distribution systems during the period of 10 years. The compared networks are similar in respect to many parameters, including water intensity indicator value (circa 48 m3/d/km). Analyses were conducted on the basis of water losses indices recommended by IWA, such as Real Losses Level per connection per day (RLL), Non-Revenue Water Level (NRWL) and Infrastructure Leakage Index (ILI). The results indicated that water losses in both systems are lower than in the literature data for other similar networks

Modelling of butylated hydroxytoluene (BHT) transport in water in PE-HD pipe including chemical reaction of BHT oxidation

This paper presents laboratory and modelling studies of antioxidant butylated hydroxytoluene leaching from a water supply PE-HD pipe for laminar and turbulent flow. The reaction of BHT oxidation to BHT-OH was included in our calculations. Required input data, initial and boundary conditions were based on laboratory measurements performed for a new PE-HD pipe. Laboratory measurements covered tests of BHT content and homogeneity in pipe material as well as measurements of BHT concentration in water flowing inside the pipe loop with different velocities. The BHT content of the PE-HD pipe and its concentration in water were determined by GC-MS method. Modelling calculations of BHT concentration in water for two different types of flow were performed using the commercial CDF software Fluent (Ansys Inc.). Non-homogeneous BHT distribution in pipe material and leaching of the antioxidant to the water were observed during laboratory tests. Numerical prediction of BHT concentration in water showed acceptable agreement between measured and calculated data. Nonetheless, the universality of the developed model is limited by the great diversity of available plastic pipe materials with various contents and technological amendments

Financial Sustainability of Selected Rain Water Harvesting Systems for Single-Family House under Conditions of Eastern Poland

Recent climate changes limiting the available water resources require careful sustainable water management in the cities, the locations of highest drinking water consumption and sanitary sewage and stormwater generation. Over 50% of water demand in the residential areas of cities cover activities in which non-potable water could be used, e.g., toilets and laundry facilities, cleaning, garden irrigation and washing vehicles. Thus, rain water harvesting (RWH) systems are the sustainable alternative water supply, lowering drinking water consumption, by the usage of non-potable harvested water, and limiting the anthropopressure on natural water reservoirs. However, in many cases the social acceptance of RWH and willingness to pay may be affected by financial sustainability, including the affordability and profitability of the investment. This paper presents a case study concerning the financial sustainability of thirteen designs of RWH systems for a single-family house under the climatic and economic conditions of Eastern Poland, one of the poorest regions of the European Union. The financial sustainability of the tested RWH designs were based on indictors of cost-efficiency: dynamic generation cost, payback period, net present value and benefit–cost ratio. The performed analyses showed the limited profitability of the studied RWH designs and the insufficient governmental financial support which may significantly affect the social sustainability of the designs under the local conditions

Analiza rozprzestrzeniania się chloru w gminnej sieci wodociągowej

Tap water delivered to customers should meet the drinking water requirements determined by EU and Polish biding law. Assuring the proper qualitative parameters of drinking water requires the necessary control of water quality along all length of distribution system, selection of proper methods of water treatment, application of suitable piping materials as well as countermeasures in case of water quality deterioration, i.e. performing permanent or periodical disinfection. The aim of this paper was to analyze chlorine distribution in rural water supply system. Our studies were based on numerical hydraulic model of the studied network developed in Epanet 2.0 modeling software. The first order chlorine decay reaction was assumed to modeling studies, with applied literature values of decay rate in water mass kb = 0.09 h–1 and in boundary layer kw = 0.041 h–1. It was also assumed that chlorine in dose of 0.3 mg ∙ dm–3 was introduced to the network during time duration of simulation. Additionally, the simulations of water age for various variants of water supply network operation were performed. Time duration assumed for modeling of chlorine decay was equal to 120 h and for water age analysis 480 h. The obtained results of chlorine decay simulation showed that even after 5 days there were observed pipelines in which the observed calculated concentration of free chlorine was lower than 0.01 mg/dm3. Thus, the required microbiological protection of water quality in these pipelines is unavailable. The determined water age in the studied rural network was in age from 12 hours in water supply station to over 192 hours in the end parts of the system.Woda dostarczana odbiorcom powinna spełniaæ wymagania stawiane wodzie do picia podane w dyrektywie europejskiej 2015 r. oraz Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 13 listopada 2015r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Zapewnienie odpowiednich parametrów wody pitnej wymaga odpowiedniej kontroli jej jakości na całej długości systemu dystrybucji, doboru odpowiednich metod jej uzdatniania, stosowania odpowiednich materiałów w całych systemie jej dystrybucji a także podejmowania stosownych działań w sytuacji wystąpienia jej zanieczyszczenia np. prowadzenie stałej lub okresowej dezynfekcji. Celem prezentowanych badań jest analiza rozprzestrzeniania chloru w gminnej sieci wodociągowej. Badania przeprowadzono w programie Epanet 2,0 przy zastosowaniu modelu hydraulicznego badanej sieci. Do obliczeń symulacyjnych rozkładu chloru przyjęto pierwszorzędową reakcję jego rozkładu oraz literaturowe wartości stałych szybkości rozkładu w masie wody kb = 0,09 h–1 oraz w warstwie przyściennej przewodu kw = 0,041 h–1. Założono również, iż dawka chloru w wysokości 0,3 mg ∙ dm–3 wprowadzana jest do sieci przez założony czas trwania symulacji. Dodatkowo przeprowadzono symulację wieku wody dla różnych wariantów pracy sieci wodociągowej. Czas trwania symulacji wynosił odpowiednio 120 h dla badań rozkładu chloru oraz 480 h dla analiz wieku wody. Wyniki badań symulacyjnych rozprzestrzeniania chloru w sieci wykazały, iż nawet po 5 dobach istnieją w sieci przewody, w których stężenie chloru wolnego jest mniejsze od 0,01 mg/dm3. W przewodach tych nie ma zapewnionej wymaganej ochrony mikrobiologicznej wody. Wiek wody w badanej sieci kształtuje się od 12 h w obrębie stacji wodociągowej do ponad 192 h, w końcowych fragmentach sieci

Hydraulic and Swell–Shrink Characteristics of Clay and Recycled Zeolite Mixtures for Liner Construction in Sustainable Waste Landfill

This paper presents research considering hydraulic as well as swelling and shrinkage characteristics of potential recycled fine particle materials for compacted clay liner for sustainable landfills. Five locally available clay soils mixed with 10% (by mass) of NaP1 recycled zeolite were tested. The performed analysis was based on determined plasticity, cation exchange capacity, coefficient of saturated hydraulic conductivity after compaction, several shrinkage and swelling characteristics as well as, finally, saturated hydraulic conductivity after three cycles of drying and rewetting of tested specimens and the reference samples. The obtained results showed that addition of zeolite to clay soils allowed reduction in their saturated hydraulic conductivity to meet the required threshold (≤1 × 10−9 m/s) of sealing capabilities for compacted clay liner. On the other hand, an increase in plasticity, swelling, and in several cases in shrinkage, of the clay–zeolite mixture was observed. Finally, none of the tested mixtures was able to sustain its sealing capabilities after three cycles of drying and rewetting. Thus, the studied clayey soils mixed with sustainable recycled zeolite were assessed as promising materials for compacted liner construction. However, the liner should be operated carefully to avoid extensive dissication and cracking

Efektywność hydrauliczna zielonego dachu wyposażonego w dodatkową warstwę piaskowo-hydrożelową - badania numeryczne

This paper contains the attempt of numerical assessment of hydraulic efficiency of intensive green roof utilizing two different, commercially available substrates, additionally retrofitted with layer of fractioned sand 1.0-0.5 and 0.5-0.25 mm mixed in mass concentration of 0.1 % with hydrogel. The numerical modelling of green roof efficiency was performed by the means of the popular modelling software FEFLOW, Wasy-DHI. The developed model reflected the selected cross section of the tested green roof. The required input data for modelling covering the saturated hydraulic conductivity and water retention characteristics were determined under the laboratory conditions as well as were based on information available in technical descriptions of tested substrates. The applied boundary conditions were based on previously performed in-situ measurements. The obtained results of numerical modelling showed relation between porosity, saturated hydraulic conductivity, retention properties of substrate, rainfall characteristics, duration of dry period and presence of additional sand-hydrogel mixture layer and water retention efficiency of tested green roofs.W pracy przedstawiono próbę numerycznej oceny efektywności hydraulicznej intensywnego zielonego dachu wykorzystującego dwa różne, dostępne komercyjnie, wypełnienia, dodatkowo wzbogacone warstwą frakcjonowanego piasku, 1,0-0,5 i 0,5-0,25 mm, zmieszanego w stężeniu masowym 0,1 % z hydrożelem. Obliczenia numeryczne efektywności badanego zielonego dachu zostały przeprowadzone za pomocą programu obliczeniowego FEFLOW, Wasy-DHI. Opracowany model odzwierciedlał wybrany przekrój poprzeczny przez badany zielony dach. Wymagane dane wejściowe do obliczeń modelowych, obejmujące współczynnik filtracji oraz charakterystykę retencyjną badanych materiałów porowatych, określono w czasie drogą badań laboratoryjnych oraz oparto o upublicznione opisy techniczne wykorzystanych wypełnień. Zastosowane warunki brzegowe wykorzystały poprzednio przeprowadzone pomiary terenowe. Wyniki obliczeń modelowych wykazały związek pomiędzy porowatością, współczynnikiem filtracji, właściwościami retencyjnymi wypełnienia oraz charakterystyką opadu, długością okresu suchego i obecnością dodatkowej warstwy mieszaniny piasku z hydrożelem a efektywności zielonego dachu