ANALIZA FINANSOWA ROZWIĄZAŃ ZBIORNIKÓW RETENCYJNYCH

Transkrypt

1 zbiorniki retencyjne, analiza techniczno-ekonomiczna, kanalizacja deszczowa, kanalizacja ogólnospławna, uśrednienie dopływu do oczyszczalni ścieków Kamil POCHWAT * ANALIZA FINANSOWA ROZWIĄZAŃ ZBIORNIKÓW RETENCYJNYCH Kanalizacja ogólnospławna doprowadza ścieki do oczyszczalni z różnym natężeniem. Zjawisko to, jak przedstawiają dotychczasowe badania źle wpływa na procesy biologicznego oczyszczania ścieków. Aby podnieść efektywność oczyszczalni, należy uśrednić dopływ do niej przez zastosowanie uśredniających zbiorników retencyjnych. Zbiorniki te redukują przepływ ścieków ogólnospławnych w czasie trwania deszczu. Konieczność stosowania zbiorników retencyjnych jest niezaprzeczalna, jednak niesie za sobą pewne dylematy, jak wybór odpowiedniego rozwiązania zbiornika retencyjnego, wybór najkorzystniejszej lokalizacji czy też charakterystycznych parametrów zbiornika. Celem publikacji jest wykazanie, że przy każdej inwestycji budowy zbiornika retencyjnego istnieje bardzo duża liczba wariantów ich wykonania. Dlatego należy przeanalizować pod kątem finansowym i eksploatacyjnym każdy możliwy wariant, aby inwestycja była jak najtańsza, a zarazem najkorzystniejsza dla eksploatatora i środowiska. 1. WPROWADZENIE Kanalizacja ogólnospławna stanowi powszechnie stosowany system grawitacyjnego transportu ścieków w terenach miejskich. W czasie pogody bezdeszczowej do oczyszczalni dopływają jedynie ścieki bytowo gospodarcze, przemysłowe i infiltracyjne. Natomiast podczas wystąpienia opadu dopływ ten jest znacznie większy, gdyż do systemu doprowadzane są znaczne ilości ścieków opadowych. Zjawisko to, pomimo stosowania obiektów odciążających w postaci przelewów burzowych, niekorzystnie wpływa na procesy biologicznego oczyszczania ścieków [1, 7]. Aby ustabilizować działanie oczyszczalni, wskazane jest stosowanie na sieci kanalizacyjnej bezpośrednio przed oczyszczalnią zbiorników retencyjnych. * Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza, al. Powstańców Warszawy 12, Rzeszów.

2 42 K. POCHWAT Zastosowanie zbiorników retencyjnych należy przewidzieć już na etapie wyboru koncepcji skanalizowania danej zlewni. Niestety często ma miejsce zmiana sposobu zagospodarowania terenu i zachodzi potrzeba modernizacji istniejącego systemu kanalizacyjnego [4]. Projektowanie zbiornika retencyjnego wymaga określenia wielu parametrów technicznych, a przede wszystkim wyboru jego typu i układu hydraulicznego. Znanych jest wiele rodzajów rozwiązań zbiorników retencyjnych, poczynając od grawitacyjnych zbiorników jednokomorowych przez grawitacyjne wielokomorowe, aż po zbiorniki grawitacyjno-pompowe [6]. Każde z wymienionych rozwiązań zbiorników posiada określone zalety, dlatego też decyzję o wyborze racjonalnego rozwiązania zbiornika jest bardzo trudna, i dlatego należy ją poprzedzić wykonaniem wnikliwej analizy techniczno ekonomicznej. 2. SFORMUŁOWANIE PROBLEMU Wybór rozwiązania zbiornika retencyjnego powinien być oparty na wykonaniu analizy techniczno finansowej. Rozpatrując określone rozwiązania zbiornika należy wziąć pod uwagę kryteria techniczne i pozatechniczne. Do kryteriów technicznych należy zaliczyć przede wszystkim możliwość wykonania określonego rozwiązania zbiornika na danym terenie i w określonych warunkach hydraulicznych sieci oraz jego późniejszą eksploatację. Natomiast do kryteriów pozatechnicznych należą nakłady inwestycyjne i oddziaływanie zbiornika na środowisko. Podstawą finansowej analizy rozwiązań zbiorników retencyjnych są nakłady inwestycyjne obliczone w oparciu o wzór (1) [3] i nakłady eksploatacyjne określone równaniem (2). Na nakłady inwestycyjne składają się: koszty budowy zbiornika i koszty wykonania sieci przed i za zbiornikiem. W wykonanych badaniach, ze względu na istotny udział kosztów zakupu gruntu w nakładach inwestycyjnych, we wzorze (1) ujęto koszt zakupu działek. W skład nakładów eksploatacyjnych zbiornika wchodzą koszty energii elektrycznej utrzymującej działanie pomp, koszty płukania zbiornika i koszty jego okresowej konserwacji. K i = Vz b (β 1 ) K jzb + L k k jlk D(β 1 ) (1) gdzie: K i nakład inwestycyjny, zł; Vz b (β 1 ) objętość zbiornika, m 3 ; K jzb koszt jednostkowy wykonania zbiornika za 1m 3, zł;

3 Analiza finansowa rozwiązań zbiorników retencyjnych 43 L k długość sieci przed i za zbiornikiem, m; k jlk D(β 1 ) koszt jednostkowy wykonania sieci kanalizacyjnej, zł. K e = K ee K p + K k (2) gdzie: K e nakłady eksploatacyjne, zł; K ee koszty energii elektrycznej, zł; K p koszty okresowego płukania zbiornika, zł; K k koszty konserwacji zbiornika, zł. W celu określenia kosztów budowy zbiornika retencyjnego, można wykorzystać kosztorys lub przyjąć zbliżoną cenę jednostkową podobnej inwestycji. Kolejnym elementem modelu finansowego jest wykonanie sieci łączącej zbiornik z istniejącą kanalizacją. Koszt wykonania sieci jest zależny od wielu czynników, a przede wszystkim zależy on od średnicy kanałów, rodzaju zastosowanych studzienek, głębokości posadowienia i oczywiście poziomu wód gruntowych. Analizując powyższe stwierdzenia należy zauważyć że, napełnienie ściekami w zbiorniku H, w sposób utajony wlicza się w koszty jednostkowe wykonania sieci i koszty jednostkowe wykonania zbiornika. Im zbiornik będzie projektowany na większe napełnienie tym głębiej będzie musiał zostać posadowiony. Ze względu na geometrię grawitacyjnego zbiornika, jego kanał odpływowy musi znajdować się w najniższym punkcie, aby pozwolić na swobodny odpływ ścieków. Wiąże się z to z koniecznością prowadzenia prac na dużych głębokościach i większym przykryciem kanału odpływowego. Ostatnim istotnym czynnikiem wchodzącym w nakłady inwestycyjne są koszty zakupu gruntów. Ich wielkość zależy od lokalizacji zbiornika na terenie zlewni. Jest to szczególnie ważne na terenie centralnych dzielnic miast, gdzie ceny gruntu mogą być bardzo wysokie. Celem analizy finansowej jest wskazanie rozwiązania zbiornika o najniższych nakładach inwestycyjnych. 3. PRZYPADEK STUDYJNY 3.1. DANE PRZYJĘTE DO BADAŃ Badania zostały przeprowadzone dla inwestycji zbiornika retencyjnego, który ma być zlokalizowany poza centrum miasta. Na terenie tym występuje znaczne zróżnicowanie cen gruntu. Topografia terenu umożliwia grawitacyjne odprowadzenie ścieków w kierunku oczyszczalni. Biorąc pod uwagę powyższe założenia przyjęto, że zbiornik

4 44 K. POCHWAT znajdzie się na terenie zlokalizowanym między miastem a oczyszczalnią, jak to przedstawiono na rysunku 1. Do analizy przyjęto 5 wariantów lokalizacji zbiorników retencyjnych, które zostały przedstawione na rysunku 2. Wariant 1 zakłada lokalizację zbiornika retencyjnego L1 na działce 113 o cenie gruntu 15 zł za m 2, zlokalizowanej przy cieku wodnym. Wariant ten maksymalnie skraca długość odcinka sieci o dużej średnicy, łączącej zbiornik z istniejąca siecią kanalizacji ogólnospławnej. Wariant 2 zakłada lokalizację zbiornika retencyjnego L2 na działce 115 o cenie gruntu 125 zł za m 2, zlokalizowanej przy cieku wodnym. Wariant ten minimalizuje długość odcinka sieci o zmniejszonej średnicy, łączącej zbiornik z oczyszczalnią ścieków. Wariant 3 zakłada lokalizację zbiornika retencyjnego L3 na działce 114 o cenie gruntu 8 zł za m 2, oddalonej od cieku wodnego. Wariant ten pozwala skrócić odcinek łączący zbiornik z istniejącą siecią kanalizacyjną, a jedocześnie sytuuje zbiornik na działce, której koszt zakupu jest niski. Wariant 4 zakłada lokalizację zbiornika retencyjnego L4 na działce 116 o cenie gruntu 8 zł za m 2. Wariant uśrednia długości odcinków łączących go z siecią kanalizacyjną i oczyszczalnią ścieków. Wariant 5 zakłada lokalizację zbiornika retencyjnego L5 na działce 119 o cenie gruntu 5 zł za m 2, zlokalizowanej bezpośrednio przy oczyszczalni ścieków. Wariant ten zakłada zaprojektowanie zbiornika na najtańszym terenie kosztem wydłużenia odcinka łączącego go z siecią kanalizacyjną o dużej średnicy. Rys. 1. Możliwość lokalizacji zbiornika retencyjnego Rys. 2. Warianty lokalizacji Dla przyjętej do analizy sytuacji na podstawie formuł obliczeniowych Dziopaka [5, 6] obliczono wymaganą pojemność zbiornika klasycznego, która wynosi

5 Analiza finansowa rozwiązań zbiorników retencyjnych m 3 i zbiornika wielokomorowego równą m 3. Na tej podstawie obliczono ze wzoru (1) nakłady inwestycyjne dla zbiornika jednokomorowego i wielokomorowego, w zależności od parametrów lokalizacji L oraz napełnienia H przy przyjętym współczynniku redukcji przepływu β =,39. Wyniki obliczeń zostały przedstawione w formie graficznej na rysunku 3. Oprócz lokalizacji inwestycji ustalono także poszczególne koszty jednostkowe wykonania sieci kanalizacyjnej i zbiornika retencyjnego niezbędne do wykonania analizy finansowej. Korzystając z danych z firm wykonawczych ustalono, że koszty jednostkowe wykonania zbiornika retencyjnego są zależne od warunków w jakich zbiornik będzie projektowany i w chwili obecnej wahają się w granicach od 5 zł do 2 zł za 1 m 3 zbiornika. W przeprowadzonej analizie założono, koszt jednostkowy wykonania zbiornika retencyjnego równy 9 zł/m 3. Dodatkowo dla zbiorników których wykonanie wiąże się z pracami na dużych głębokościach lub poniżej poziomu wód gruntowych przewidziano zwiększenie kosztu jednostkowego. Na etapie rozważań koncepcyjnych, ze względu na ich przybliżoną wartość przyjęcie jednakowej ceny jednostkowej dla zbiornika klasycznego i wielokomorowego jest dopuszczalne, i wynika z braku możliwości szczegółowego określenia ich wielkości bez przygotowania projektu budowlanego. Przy wyznaczeniu jednostkowych kosztów wykonania sieci wykorzystano średni przelicznik 1,35 razy koszt zakupu rur stosowany przez wykonawców. Ustalono jednostkowy koszt metra bieżącego wykonania sieci dla średnicy mm równy 15zł i dla średnicy 8 9 mm równy 8 zł. Tak samo jak w przypadku zbiorników przewidziano zwiększenie kosztów jednostkowych dla budowy sieci w trudnych warunkach gruntowo wodnych. Ceny zakupu gruntu pod inwestycję zostały przyjęte na podstawie ogłoszeń cen sprzedaży nieruchomości i zestawiono je w tabeli 1. Natomiast pozostałe dane konieczne do wykonania analizy zestawiono w tabelach 2 i 3. Tabela 1. Zestawienie kosztów gruntu Koszt gruntu za 1 m 2 Lokalizacja Koszt 15zł 125zł 8zł 8zł 5zł Tabela 2. Podział kosztów jednostkowych wykonania zbiornika retencyjnego V zb Pojemność zbiornika klasycznego m 3 V zb2 Pojemność zbiornika wielokomorowego m 3 k jzb Koszt jednostkowy wykonania zbiornika 9 zł/m 3 k jlk Koszt jednostkowy wykonania sieci przed zbiornikiem 15 zł/mb

6 46 K. POCHWAT Tabela 3. Zestawienie długości sieci dla poszczególnych wariantów zbiornika retencyjnego Długość sieci, m Lokalizacja Przed zbiornikiem Za zbiornikiem ANALIZA FINANSOWA WYBRANYCH ROZWIĄZAŃ Pierwszym rozpatrywanym rozwiązaniem był jednokomorowy zbiornik grawitacyjny. Na podstawie danych wyjściowych określono nakłady inwestycyjne dla każdego z pięciu wariantów lokalizacyjnych zbiornika retencyjnego. Wartości tych nakładów zostały przedstawione na rysunku 3. Uzyskane wyniki badań pozwoliły stwierdzić, że najkorzystniejszym wariantem jednokomorowego zbiornika grawitacyjnego jest wariant 3 przy napełnieniu zbiornika ściekami 3, m. Analizując plan sytuacyjny (rys. 1) należy zauważyć, że wariant 3 znacznie skraca odcinek doprowadzający ścieki do zbiornika o dużej średnicy, którego wykonanie jest bardzo kosztowne. Rys. 3. Nakład inwestycyjny zbiornika jednokomorowego

7 Analiza finansowa rozwiązań zbiorników retencyjnych 47 Rys. 4. Nakład inwestycyjny zbiornika wielokomorowego Z wykresu (rys. 3) przedstawiającego zależność między napełnieniem ścieków w zbiorniku, a kosztem wykonania tego zbiornika wynika, że wraz ze zwiększeniem napełnienia maleje koszt jego wykonania. Zbiornik projektowany na większe napełnienie posiada mniejszą powierzchnię w planie, co znacznie obniża koszty wykupu gruntu i całość nakładów inwestycyjnych. Powierzchnie zajmowane przez zbiornik przy przykładowych napełnieniach zbiornika przedstawiono w tabeli 4. W wykonanej analizie finansowej ze względu na brak danych nie uwzględniono kosztów eksploatacyjnych. Drugim rozpatrywanym rozwiązaniem zbiornika retencyjnego jest zbiornik wielokomorowy. Analogicznie jak w analizie zbiornika klasycznego rozpatrzono każdy wariant budowy tego zbiornika. W celu wybrania najkorzystniejszego rozwiązania zbadano każde rozwiązanie zbiornika i przeanalizowano nakłady inwestycyjne, które bezpośrednio zależą od współczynnika redukcji przepływu, średniego napełnienia ścieków i lokalizacji zbiornika. Tabela 4. Zestawienie powierzchni zajmowanej przez zbiornik klasyczny i wielokomorowy Zbiornik klasyczny Zbiornik wielokomorowy Napełnienie, m Powierzchnia Napełnienie, m Powierzchnia m m 2 2, m 2 2, m m m 2 3, m 2 3,5 473 m m m 2

8 48 K. POCHWAT Koszty wykonania zbiornika wielokomorowego obliczono analogicznie jak w przypadku zbiornika klasycznego i zestawiono je na rysunku 4. Tak samo jak przy zbiorniku klasycznym najkorzystniejszym wariantem okazał się wariant 3, przy napełnieniu zbiornika ściekami równym 3, m. W obu przypadkach na wykresach (rys. 3 i rys. 4) szczególnie charakterystyczny jest punkt załamania krzywej w argumencie równym 3 metry. W badanym przypadku nagłe zwiększenie kosztów inwestycji przy takim napełnieniu ściekami w zbiorniku, spowodowane jest koniecznością prowadzenia prac poniżej poziomu wód gruntowych ANALIZA TECHNICZNA WYBRANYCH ROZWIĄZAŃ Zbiornik jednokomorowy jest najprostszym możliwym rozwiązaniem zbiornika retencyjnego. Składa się z przewodu dopływowego, jednej komory akumulacyjnej oraz przewodu odpływowego [8]. Z uwagi na brak komory przepływowej każdy deszcz spowoduje przepływ przez komorę akumulacyjną, co prowadzić będzie z czasem do osadzania się na jej dnie osadów. Zbiornik jednokomorowy charakteryzuje się dużą powierzchnią, zatem czas przepływu ścieków będzie znacznie wydłużony w porównaniu do zbiornika wielokomorowego, dlatego przy małym dopływie ścieków będzie działać jak osadnik. Zjawisko to wymaga zainstalowania systemu płuczącego lub systematycznego doprowadzenia wody do płukania specjalnym wozem technicznym. Dodatkowo zbiornik jednokomorowy zajmie większą powierzchnię w stosunku do zbiornika wielokomorowego, z uwagi na jego większą konieczną objętość. Eksploatacja takiego zbiornika będzie dość uciążliwa, ze względu na konieczność częstego płukania i prowadzenie prac konserwacyjnych. Zbiornik wielokomorowy jest doskonałą alternatywą dla zbiorników jednokomorowych [2]. Obecnie dzięki możliwości ich stosowania na sieciach można zrezygnować z mniej efektywnych zbiorników klasycznych, które w porównaniu do zbiorników wielokomorowych praktycznie nie wykazują zalet. Dzięki zastosowaniu komory przepływowej znacznie zmniejszona zostaje objętość całego zbiornika, co wpływa na zmniejszenie nakładów inwestycyjnych. Dodatkowo podczas małego dopływu ścieków do zbiornika całość ścieków przepływa jedynie przez komorę przepływową nie zanieczyszczając komór akumulacyjnych. Dlatego też płukanie zbiornika i jego konserwacja nie musi następować tak często, jak przy zbiorniku klasycznym. 4. PODSUMOWANIE W publikacji przedstawiono wyniki analizy techniczno-finansowej wykonanej dla różnych typów zbiornika retencyjnego w dokonania celu oceny i wyboru na etapie koncepcji rozwiązania zbiornika jego lokalizacji w zlewni.

9 Analiza finansowa rozwiązań zbiorników retencyjnych 49 Na podstawie analizy techniczno finansowej można stwierdzić, że dla badanego przypadku studyjnego najkorzystniejszym wariantem inwestycji jest wariant 3 lokalizacji zbiornika o średnim napełnieniu 3, m. Kryterium eksploatacji zbiornika jednoznacznie wskazuje na rozwiązanie zbiornika wielokomorowego. Mimo prostszej budowy zbiornika jednokomorowego, należy zdecydować się na budowę zbiornika, który będzie mniej uciążliwy w eksploatacji. Przy wyborze konkretnego rozwiązania danej inwestycji należy dążyć do maksymalnego obniżenia kosztów. W tym celu należy wybrać zbiornik retencyjny o jak najmniejszej objętości, przy zachowaniu kryteriów technicznych. LITERATURA [1] BROMBACH H., Urban Drainage Problems in Germany: Diagnostic and Solution, 2 nd International Congress on Advanced Management on Urban Drainage, Barcelona, Spain 24. [2] DZIOPAK J., Analiza teoretyczna i modelowanie wielokomorowych zbiorników kanalizacyjnych, Monografia 125, Politechnika Krakowska, Kraków [3] DZIOPAK J., Modelowanie wielokomorowych zbiorników retencyjnych w kanalizacji, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 24. [4] DZIOPAK J., POCHWAT K., OPALIŃSKI J., Analiza hydrauliczna zwiększenia przepustowości przejścia syfonowego, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów w druku. [5] DZIOPAK J., SŁYŚ D., Modelowanie zbiorników klasycznych i grawitacyjno pompowych w kanalizacji, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 27. [6] DZIOPAK J., SŁYŚ D., Postęp w projektowaniu konstrukcji wielokomorowych zbiorników retencyjnych w kanalizacji, [7] MICHELBACH S., WEIß G. J., Settleable sewer solids at stormwater tanks with clarifier, Wat. Sci. Tech., 196, Vol. 9, 261. [8] NIEDZIELSKI W., SOWIŃSKI M., Obliczanie kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych, Ochrona Środowiska, 1984, Vol. 3, No. 434, ANALYSIS SOLUTIONS RESERVOIRS The paper includes description and calculations for various solutions of retention reservoirs, that average flow to sewage treatment plants. Choice of the reservoir depends on the establishment of many important factors, meaning the reservoir solution, its geometry and characteristic parameters. On this basis cost of construction of given reservoirs was estimated and the technical and economic analysis was performed as well.