ABC kanalizacji. Ścieki do płukania

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa zobacz pdfa zobacz pdfa       

Problem zachowania sprawności kanalizacji jest znany od dawna, praktycznie od początku jej istnienia. Niezależnie jednak od wieloletniej tradycji bardzo istotnym zmianom ulegały warunki jej funkcjonowania, co narzucało konieczność zmian sposobu eksploatacji.
Systematycznie przemywana wodami opadowymi kanalizacja ogólnospławna z relatywnie dużą ilością ścieków różni się zasadniczo od aktualnej rozdzielczej o minimalnych przepływach. W Polsce średni odpływ ścieków z gospodarstwa domowego to raczej mniej niż więcej 100 l/M*d – tj. 50% wartości traktowanej jako równoważna, maksymalny godzinowy nie więcej niż 4÷5 l/s * 1000 M, a przemysł to też całkiem coś innego niż się dotychczas oceniało – na pewno przeciętnie dużo mniej niż 2 l/s * ha. W efekcie kolektory kanalizacyjne coraz częściej pracują jak osadniki. Stąd mamy do czynienia z systematycznym pogarszaniem się warunków hydraulicznych w sieciach. Problemem staje się niezwykła łatwość zawyżania przepływów obliczeniowych w projektach i praktyczna rezygnacja z obliczeń hydraulicznych pod kątem sprawdzenia możliwości przepływu ścieków. Można doszukiwać się różnych przyczyn powstałej sytuacji. Na pewno obiektywne są konsekwencje takich zjawisk, jak:

* systematyczny spadek wielkości zużycia wody, w efekcie – ograniczenia odpływu ścieków oraz wzrostu ich gęstości,
* postępującego w miarę upływu czasu uszczelniania się kanalizacji.
Przynajmniej jeszcze w dość długiej perspektywie istnieją tu bardzo poważne rezerwy „rozwojowe”. Mam tu na myśli choćby tylko takie działania, jak:
* remonty istniejących studzienek kanalizacyjnych,
* naprawa nieszczelnych złączy,
* naprawa zwieńczeń,
* relining uszkodzonych przewodów w ostatecznym efekcie muszą prowadzić do ograniczenia dopływu „wód przypadkowych i infiltracyjnych”, obecnie ocenianych nadal nawet na 100%, czy też więcej w stosunku do ilości ścieków. Wskaźnik na poziomie 20÷30% to jednak poziom charakterystyczny dla nowych kolektorów, dodatkową rezerwą jest coraz częściej prowadzona likwidacja „dzikiej” kanalizacji ogólnospławnej (nie przypadkiem znaczne wzrosło zainteresowanie branży wytwornicami dymu). Nawet w warunkach niemieckich, pomimo istotnego uprzywilejowania np. w stosunku do wodociągów, stan kanalizacji pozostawia wiele do życzenia [1].

Ostatecznie ścieki stają się coraz gęstsze i trudno oczekiwać zmiany trendu. Zagadnieniem otwartym pozostaje natomiast tempo rozwoju zjawiska, w tym szczególnie jako efektu aktywności eksploatatora na poziomie lokalnym. Szczególnym problemem są:

* początkowe odcinki praktycznie wszystkich kanałów miejskich,
* kanały w dzielnicach peryferyjnych i osiedlach „satelitarnych”,
* kanały funkcjonujące na obszarach o niskiej intensywności użytkowania,
* zbiorniki przepompowni ścieków (nawet współczesne małe posiadają relatywnie dużą objętość w stosunku do małych obciążeń),
* przewody tłoczne o znacznej długości w warunkach przemiennej pracy przepompowni, ze szczególnym uwzględnieniem długich „ślepych” przebiegów,
* komory rozprężne (studzienki) kończące przewody ciśnieniowe,
* odcinki grawitacyjne za odcinkami tłocznymi. Efektem jest sytuacja wyjątkowo sprzyjająca odkładaniu się osadów i rozwojowi procesów gnilnych (w efekcie – korozji siarczanowej).

W odróżnieniu od wcześniejszej sytuacji osadów jest po prostu więcej. Są one trudniejsze do usunięcia. Stąd trudno oczekiwać, aby tradycyjne rozwiązania mogły być skuteczne, w szczególności odnosi się do płukania kanałów, ale przede wszystkim do przedefiniowania warunku samooczyszczania. Od razu nie chodzi tu o zmianę oczekiwanych wartości liczbowych, ale o sposób podejścia do zagadnienia. O możliwości przenoszenia cząstek zawartych w cieczy decyduje naprężenie styczne (ścinające) τ działające w strefie przydennej, gdzie mamy do czynienia z najmniej korzystnymi warunkami hydraulicznymi. Wychodząc stąd, można określić minimalną wartość spadku odpowiadającą warunkowi samooczyszczania jako:
imin = f(τmin)
skąd dla kanalizacji sanitarnej:
imin = 0,815 * 10-3 * [D * (Rn/R)]-1,
gdzie R – promień hydrauliczny dla całkowitego napełnienia, Rn – dla częściowego wynikającego z relacji h/D (szczegółowe materiały pomocnicze w postaci tabelarycznej zawiera dodatek do wytycznej ATV A110).

Zwraca uwagę, że praktycznie nie istnieje prędkość samooczyszczania, można jedynie mówić o prędkości sprzężonej ze spadkiem, jednak w prowadzonych obliczeniach jej wartości mieszczą się w przedziale 0,6÷0,85 m/s, a więc rozrzut wyników jest bardzo duży. Jednocześnie bardzo popularna zależność (znana też jako formuła DIN): imin = 1/D jest słuszna dopiero dla h/D ≈ 0,3*B. Wprowadzenie do kalkulacji naprężenia ścinającego wiąże się z koniecznością istotnego zwiększenia spadku, zależnie od średnicy i wartości stosunku h/D w granicach 10÷30‰. Zwraca uwagę, że dla średnic w granicach 150÷300 mm przy minimalnych przepływach zmniejszenie średnicy nie powoduje istotnej poprawy warunków hydraulicznych w przewodzie. Trzeba od razu stwierdzić, że uzyskanie tak wysokich wartości spadków na znacznej części obszaru Polski jest po prostu nierealne. W tej sytuacji nie można oczekiwać, iż da się uzyskać warunek samooczyszczania w kanałach o niskich napełnieniach. Od początku istnienia współczesnej kanalizacji powszechnie stosowano płukanie, na ogół z wykorzystaniem specjalnych studzienek płuczących. Ten sposób od dłuższego czasu jednak ocenia się jako anachronizm [2].
Zwraca uwagę wyjątkowo ostra ocena Pechera koncepcji płukania sieci rozdzielczej przy wykorzystaniu wody pochodzenia opadowego1. Niezależnie od tego problemu trzeba zwrócić uwagę na to, że dość często stosowany jest przy projektowaniu płukania wzór Hansena. Praktycznie pomija on warunki hydrauliczne istniejące w konkretnym przewodzie, ograniczając się do jego „sztywnych” parametrów: pola powierzchni przekroju (π*D2/4), długości płukanego odcinka (L, zazwyczaj 100÷200 m) oraz promienia hydraulicznego (D/4). Ostatecznie uzyskiwany efekt to wprowadzenie, niezależnie od stanu eksploatacyjnego (h/D) 50÷200% pojemności dla Ø150 mm do 10÷40% pojemności dla Ø500 mm, przy czym jednak w praktyce wzór powinien być przeznaczony do użycia, rozpoczynając od Ø300 mm do Ø500 mm (kanalizacja ogólnospławna), stąd dolna granica to co najwyżej 22÷88% pojemności rurociągu. Kolejny problem to niska wysokość ciśnienia na wlocie, realne spiętrzenie to co najwyżej 1,0÷1,5 m ponad rurą (równocześnie współczesne samochody ciśnieniowe pozwalają uzyskać wysokość ciśnienia wody płuczącej na poziomie np. 1500÷2000 metrów!). Paradoksem jest to, że zgodnie z uzyskanymi wynikami wyższe spiętrzenie ma pogarszać skuteczność czyszczenia. Ostatecznie mamy do czynienia z wprowadzeniem względnie dużej masy wody pod niskim ciśnieniem, która ma mieć za zadanie usunięcie dużej ilości starego osadu.
Spadek, przy którym zeruje się ilość wody płuczącej to jedynie od 14‰ (dla Ø300 mm) do 7‰ (dla Ø500 mm), są to może wartości wysokie na tle wynikających z formuły (imin = 1/D), ale jednoznacznie bardzo niskie w porównaniu z określanymi wg naprężenia stycznego τ dla niewielkich napełnień.
Ostatecznie tradycyjne płukanie kanałów stało się po prostu anachronizmem. Poza rozwodnieniem ścieków dopływających do oczyszczalni nie pozwoli na usunięcie osadów zgromadzonych w kanałach i uniknięcie rozwoju procesów gnilnych. Jedynym realistycznym rozwiązaniem problemu pozostaje odpowiednio zorganizowane (dostosowane do lokalnych potrzeb) czyszczenie przy wykorzystaniu samochodów ciśnieniowych.
Tu jednak powstaje dodatkowa komplikacja, wynikająca z dość powszechnego w Polsce rozdrobnienia struktur eksploatacyjnych. W efekcie pojawiają się następujące problemy:

* czy zakup wyposażenia eksploatacyjnego i jego późniejsze wykorzystanie mieszczą się w realnych możliwościach konkretnego eksploatatora,
* jakie wyposażenie jest akceptowalne w konkretnych warunkach finansowo-technicznych,
* czy opcja skorzystania ze specjalistycznych usług nie będzie korzystną alternatywą dla zakupu własnego wyposażenia.
I wreszcie na koniec – jaką politykę należy prowadzić na poziomie lokalnym w zakresie kanalizacyjnych studzienek rewizyjnych? Przede wszystkim chodzi tu o ich średnice, zasady rozmieszczania i rozwiązania materiałowe. O tym w jednym z kolejnych artykułów.

prof. dr hab. inż. Ziemowit Suligowski

1. Pecher R.: „Wody przypadkowe w sieci kanalizacyjnej – problem gospodarki wodnej” (tłumaczenie artykułu z „Korrespondenz Abwasser” 12/1998). Gaz Woda i Technika Sanitarna 10/1999.
2. Entwurf und Bau von Kanalisationen und Abwasserpumpwerken ATV Handbuch. Red. F. Adamczyk. Ernst und Sohn Verlag, München 1982.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij