Wady i zalety systemów kanalizacyjnych

Transkrypt

1 Tomasz Jóźwiak 1, Urszula Filipkowska 2, Paula Szymczyk 3, Artur Mielcarek 4 Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Katedra Inżynierii Środowiska Wady i zalety systemów kanalizacyjnych Wprowadzenie Kanalizacja jest zespołem współpracujących urządzeń do zbierania i odprowadzania ścieków i wód opadowych. Wybór odpowiedniego typu kanalizacji jest ważnym procesem logistycznym. Decydując się na określony system kanalizacji należy wziąć pod uwagę wiele czynników takich jak ukształtowanie terenu, skład gleby, wielkość kanalizowanego obszaru czy gęstość zaludnienia. Najważniejszym kryterium dzielącym systemy kanalizacyjne jest sposób przepływu ścieków. Ścieki transportowane mogą być do oczyszczalni samoistnie poprzez działanie siły grawitacji. Przepływ ścieków może być także wymuszony, poprzez wytworzenie w układzie nadciśnienia (kanalizacja ciśnieniowa) lub podciśnienia (kanalizacja podciśnieniowa). Rysunek 1 przedstawia prosty podział systemów kanalizacyjnych ze względu warunki działania. Rys. 1. Podział systemów kanalizacyjnych ze względu na warunki działania Źródło: opracowano na podstawie [2] Kanalizacja konwencjonalna-grawitacyjna Kanalizacja grawitacyjna jest tradycyjnym i zarazem najbardziej rozpowszechnionym typem układu do zbierania i odprowadzania ścieków do oczyszczalni lub innego odbiornika. W danym systemie odbiornik ścieków położony jest w najniższym punkcie sieci. Przepływ ścieków odbywa się samoistnie dzięki sile grawitacji, dzięki czemu układ nie wymaga zasilania [1]. Kanalizacja grawitacyjna cechuje się bardzo niską awaryjnością a także niskimi kosztami eksploatacji. Wadą grawitacyjnego odprowadzania ścieków jest wymóg ułożenia przewodów kanalizacyjnych ze spadkiem wynoszącym minimum 1. Zagłębienie kanałów sieci grawitacyjnej dochodzić może nawet do 8 m. Układanie sieci kanalizacyjnej na takich głębokościach wiąże się z wysokimi kosztami budowy sieci. Cenę układu podwyższają także względnie duże średnice przewodów kanalizacyjnych, wymagane w kanalizacji grawitacyjnej [2]. Aby nie dopuścić do zagłębienia rurociągu kanalizacyjnego większego niż 8 m, stosuje się w układzie pośrednią pompownię ścieków, która przetłacza ścieki do znajdującego się powyżej kolejnego rurociągu 1 Tomasz Jóźwiak, mgr inż., asystent, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska. tomasz.jozwiak@uwm.edu.pl 2 Urszula Filipkowska, dr hab. inż. prof. UWM, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska. ulafil@uwm.edu.pl 3 Paula Szymczyk, mgr. inż., doktorantka, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska. paula.szymczyk@uwm.edu.pl 4 Artur Mielcarek, mgr. inż., doktorant, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauk o Środowisku, Katedra Inżynierii Środowiska. artur.mielcarek@uwm.edu.pl 9055

2 grawitacyjnego. Taki układ nazywa się kanalizacją grawitacyjno-pompową [3]. Schemat działania kanalizacji grawitacyjnej oraz grawitacyjno-pompowej przedstawiony został na rysunku 2. Rys. 2. Schemat kanalizacji grawitacyjnej. Źródło: opracowano na podstawie [1, 2] Jeżeli budowa systemu grawitacyjnego przepływu ścieków jest niemożliwa bądź nieopłacalna, stosuje się systemy niekonwencjonalne (nadciśnieniowe i podciśnieniowe) [4]. Kanalizacja niekonwencjonalna Budowa sieci niekonwencjonalnych jest uzasadniona w przypadku niewielkiego spadku terenu, skalistego podłoża lub w przypadku występowania wysokiego poziomu wód gruntowych. Sieć niekonwencjonalna jest także ekonomiczniejszym rozwiązaniem na terenach o niskiej gęstości zaludnienia bądź obszarach z sezonowym odpływem ścieków [5]. Kanalizacja nadciśnieniowa Zasada pracy kanalizacji ciśnieniowej polega na wymuszeniu przepływu w sieci przewodów poprzez tłoczenie ścieków do przewodów ciśnieniowych za pomocą pomp. Ścieki spływają przykanalikiem do przydomowych pompowni ścieków, gdzie następuje ich rozdrobnienie i gromadzenie. Po uzyskaniu odpowiedniego poziomu ścieków, następuje załączenie pompy, która przetłacza ścieki przewodami ciśnieniowymi do kolektorów grawitacyjnych lub bezpośrednio do oczyszczalni ścieków [6, 7]. Schemat funkcjonowania kanalizacji nadciśnieniowej przedstawia rysunek

3 Rys. 3. Schemat kanalizacji nadciśnieniowej Źródło: opracowano na podstawie [5] Kanalizacja podciśnieniowa W kanalizacji podciśnieniowej przepływ ścieków w przewodach jest wymuszony poprzez wytworzenie w sieci odpowiedniego podciśnienia. Za wygenerowanie podciśnienia w sieci odpowiada pompa znajdująca się w stacji próżniowej. Ścieki spływają z kanalizowanego obiektu przykanalikiem do studzienki zbiorczej, skąd są zasysane poprzez przewody próżniowe do zbiorników próżniowych zlokalizowanych w budynku głównej stacji zbiorczej. Ścieki dalej są transportowane grawitacyjnym lub ciśnieniowym układem sieci kanalizacyjnej do oczyszczalni ścieków. Na rysunku 4 przedstawiony został schemat funkcjonowania kanalizacji podciśnieniowej. Rys. 4. Schemat kanalizacji podciśnieniowej Źródło: opracowano na podstawie [5] Kanalizacja niekonwencjonalna nie wymaga ułożenia przewodów z określonym spadkiem, jak ma to miejsce w przypadku kanalizacji tradycyjnej - grawitacyjnej. Minimalne zagłębienie rur kanalizacji nadi podciśnieniowej w gruncie ma zapewniać jedynie ochronę przed zamarznięciem w okresie zimowym. W zależności od strefy klimatycznej w Polsce, wymagane przykrycie kanalizacji ciśnieniowej warstwą gleby wynosi od 0,8 do 1,4 m. Brak potrzeby układania sieci na dużych głębokościach w dużym stopniu ogranicza koszty budowy układu [6,7]. Niewątpliwą zaletą kanalizacji nadciśnieniowej i podciśnieniowej jest także bezpieczeństwo sanitarne, związane z wymaganą szczelnością układu. Wysoka szczelność sieci niekonwencjonalnych rozwiązuje problem przedostawania się ścieków do gruntu oraz infiltracji wód gruntowych do wnętrza sieci. Dzięki 9057

4 temu przewody sieci nadciśnieniowych i podciśnieniowych mają względnie małe średnice, co dodatkowo obniża koszty budowy układu [8]. Kanalizacja podciśnieniowa wymaga także stosowania przewodów podciśnieniowych o specjalnym profilu. Wyróżnia się 3 główne rodzaje profili zbiorczych rurociągu podciśnieniowego: falowy, piłokształtny i kieszeniowy. Specyficzny kształt rurociągu umożliwia szybki i sprawny transport ścieków, wywołany podciśnieniem w sieci. Koszty ułożenia sieci podciśnieniowej są jednak droższe niż w przypadku sieci nadciśnieniowej [5]. Rys. 5. Rodzaje profili zbiorczych rurociągu podciśnieniowego. Źródło: opracowano na podstawie [8] Dużą wadą kanalizacji niekonwencjonalnych jest ich zawodność. Niekonwencjonalne systemy kanalizacyjne przestają funkcjonować w przypadku przerwy w dostawie prądu, bądź też awarii urządzeń mechanicznych lub elektrycznych, wchodzących w skład sieci. Systemy te wymagają częstych przeglądów i konserwacji pod nadzorem specjalistów. Konieczność zasilania systemu zewnętrznym źródłem energii oraz wymóg zatrudnienia wykwalifikowanych pracowników do obsługi i naprawy urządzeń w układzie, skutkuje wysokimi kosztami eksploatacji [8]. Poważną wadą kanalizacji niekonwencjonalnych jest także ich niewielki zasięg. W przypadku kanalizacji nadciśnieniowej, ograniczenie to wynika z maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia w układzie na poziomie 0,4 MPa. Z tego względu obszar sprawnego funkcjonowania systemu zawężony zostaje do osiedli mieszkaniowych lub małych dzielnic. W przypadku kanalizacji podciśnieniowej, jest ona przygotowana do pracy przy podciśnieniu 0,06 MPa. Układ z jedną stacją próżniową jest w stanie obsłużyć jedynie mieszkańców w promieniu do m. Podsumowanie Podsumowanie podstawowych informacji dotyczących wad oraz zalet różnych systemów zestawione zostało w tabeli

5 Tabela 1. Wady i zalety kanalizacji grawitacyjnej, nadciśnieniowej i podciśnieniowej konwencjonalna grawitacyjna Rodzaj kanalizacji nadciśnieniowa niekonwencjonalna podciśnieniowa Zasada działania Przepływ ścieków samoistny dzięki sile grawitacji Przepływ ścieków wymuszony, poprzez wtłaczanie ich za pomocą pompy do przewodów ciśnieniowych Przepływ ścieków w przewodach wymuszony poprzez wytworzenie w sieci podciśnienia (zasysanie pompą próżniową) Wady Zalety Możliwe utrudnienia w wykonywaniu sieci związane z ukształtowaniem terenu oraz skalistą glebą Wymóg ułożenia przewodów ze spadkiem minimum 1. Niska szczelność układu, ryzyko pojawienia się w przewodach wód infiltracyjnych Wysokie koszty budowy sieci związane z : - zagłębieniem kanałów dochodzącym do 8 m - dużymi średnicami przewodów Układ sieci grawitacyjnej nie wymaga zasilania Bardzo niska awaryjność sieci. Niskie koszty eksploatacji Wysoka zawodność sieci ze względu na: - ryzyko awarii urządzeń mechanicznych lub elektrycznych odpowiedzialnych za sprawne funkcjonowanie układu - naprawy urządzeń jedynie przez wysoko wykwalifikowanych pracowników - zaprzestanie funkcjonowania układu w wyniki przerwy w dostawie prądu (wymóg zasilania sieci) Wymagany częsty przegląd oraz konserwacja układu Wysokie koszty eksploatacji Niskie koszty budowy sieci ze względu na: - łatwość ułożenia sieci bez względu na ukształtowanie terenu -brak wymogu ułożenia przewodów z określonym spadkiem. -małe średnice przewodów Bezpieczeństwo sanitarne związane ze szczelnością układu (brak ryzyka pojawienia się w układzie wód infiltracyjnych) Wysoka zawodność sieci ze względu na: - ryzyko awarii urządzeń mechanicznych lub elektrycznych odpowiedzialnych za sprawne funkcjonowanie układu - naprawy urządzeń jedynie przez wysoko wykwalifikowanych pracowników - zaprzestanie funkcjonowania układu w wyniki przerwy w dostawie prądu (wymóg zasilania sieci) Wymagany częsty przegląd oraz konserwacja układu Wysokie koszty eksploatacji Wymóg zastosowania specyficznego profilu przewodów w sieci Niskie koszty budowy sieci ze względu na: - łatwość ułożenia sieci bez względu na ukształtowanie terenu -małe średnice przewodów Bezpieczeństwo sanitarne związane ze szczelnością układu (brak ryzyka pojawienia się w układzie wód infiltracyjnych) Streszczenie Praca zawiera charakterystykę i porównanie różnych sieci kanalizacyjnych. Opracowanie przedstawia wady i zalety sieci kanalizacyjnej grawitacyjnej, nadciśnieniowej i podciśnieniowej. W referacie wskazano także zespół czynników, jakie decydują o wyborze właściwego w danych warunkach typu kanalizacji. Podsumowanie artykułu w formie tabeli zawiera skoncentrowane informacje na temat pozytywnych i negatywnych cech omówionych sieci kanalizacyjnych. 9059

6 Słowa kluczowe: kanalizacja grawitacyjna, kanalizacja nadciśnieniowa, kanalizacja podciśnieniowa ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF SEWER SYSTEMS Abstract The work includes the characterization and comparison of different sewage systems. The paper presents the pros and cons of gravity sewerage network, hypertensive sewage network and vacuum sewerage network. The paper also identified a combination of factors that determine the choice of the correct type of the sewage system. Article Summary in the form of a table contains concentrated information on the positive and negative features in different sewage systems. Keywords: gravity sewerage network, hypertensive sewage network, vacuum sewerage network Literatura [1] [1]. Heidrich Z.: Kanalizacja. Wyd. WSiP, Warszawa [2] [2]. Guzik J., Guzik A.: Wodociągi i kanalizacja zewnętrzna. Wyd. KaBe. Krosno [3] Denczew S., Królikowski A.: Podstawy nowoczesnej eksploatacji układów wodociągowych i kanalizacyjnych. Wyd. Arkady, Warszawa [4] (dostęp: ) [5] Kalenik M.: Niekonwencjonalne systemy kanalizacji. Wyd. SGGW 2007 r. [6] Kotowski A.: Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenów. Wydawnictwo Seidel- Przywecki, Warszawa 2011 r. [7] (dostęp: ) [8] Madryas C., Kolonko A., Wysocki L.: Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych. Wyd. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2002 r. 9060