Jakub KISIEL GRAWITACYJNO - PODCIŚNIENIOWA KOMORA PŁUCZĄCA DNO KOMORY RETENCYJNEJ ZBIORNIKA Streszczenie W niniejszym artykule przedstawiono nowatorskie rozwiązanie grawitacyjno-podciśnieniowej komory płuczącej dno komory retencyjnej zaraz po jej opróżnieniu z akumulowanych w niej ścieków. Umiejscowienie komory płuczącej na wysokości maksymalnego stanu napełnienia ściekami w komorze retencyjnej zbiornika, w sposób zasadniczy zwiększa efektywność płukania dna komory retencyjnej strumieniem ścieków wypływających z komory płuczącej. Możliwość wypłukania osadów pozostających na dnie komory retencyjnej jest ważnym zabiegiem eksploatacyjnym dla prawidłowego funkcjonowania zbiornika retencyjnego w sieci kanalizacyjnej. Słowa kluczowe Retencyjne zbiorniki kanalizacyjne, płukanie komór retencyjnych. 1. WSTĘP Zapewnienie płukania den retencyjnym komorom zbiornika [5], zaraz po ich opróżnieniu z akumulowanych ścieków, jest dla prawidłowej eksploatacji zbiornika zabiegiem pożądanym. Należy mieć na uwadze, że każde przetrzymanie ścieków w komorze retencyjnej powoduje nagromadzanie kolejnych warstw osadów, które po dłuższym okresie mogą być trudne do usunięcia metodami hydraulicznymi i nieodzowne może być zastosowanie brutalnych sposobów mechanicznych. Znane są z polskich opisów patentowych UP RP nr 173414 [1] oraz UP RP nr 192356 [2] rozwiązania, w którym komora płucząca (KPŁ) wydzielona jest z pojemności komory retencyjnej (KRG) i umiejscowiona przy przeciwległej do otworu spustowego ścianie komory retencyjnej, przy czym dno komory płuczącej jest na poziomie dna komory retencyjnej. Rozwiązania te różnią się sposobem napełniania i opróżniania pojemności komory płuczącej [4]. Są one jednak wysoce efektywne w procesie płukania nagromadzonych osadów na komór retencyjnych [6]. Mając na uwadze zwiększenie hydraulicznej efektywności płukania osadów strumieniem cieczy opracowano rozwiązanie w którym komora płucząca (KPŁ) została umieszczona na poziomie maksymalnego napełnienia komory retencyjnej (KRG). 1
2. OPIS KONSTRUKCJI I SPOSOBU DZIAŁANIA KOMORY PŁUCZĄCEJ O DZIAŁANIU GRAWIRACYJNO- PODCIŚNIENIOWYM budowa Zbiornik retencyjny cieczy (rys.1), zawiera komorę przepływową (KP) z otworem dopływowym (KD) i odpływowym (KO) oraz grawitacyjną komorę retencyjną (KRG), oddzielone od siebie przegrodą z przelewem szczytowym (PSZ). W strefie przydennej grawitacyjnej komory retencyjnej (KRG) zlokalizowany jest otwór spustowy z zaworem klapowym (KL), samoczynnie otwieranym w kierunku komory przepływowej (KP). Wewnątrz komory retencyjnej (KRG) znajduje się zamknięta komora płucząca (KPŁ), której dno jest usytuowane na poziomie zwierciadła cieczy w całkowicie napełnionej komorze retencyjnej. Komory płucząca (KPŁ) i retencyjna (KRG) są połączone z przewodem zrzutowym (PZ), przylegającym do ściany komory retencyjnej przeciwległej do otworu spustowego (KL). Komora płucząca (KPŁ) jest połączona z przewodem zrzutowym (PZ) poprzez przelew nadmiarowy (PN) i zawór spustowy (Z) w jej strefie przydennej. Z kolei przewód zrzutowy (PZ) jest połączony syfonem (S) w strefie przydennej z komorą retencyjną (KRG). Jego wylot dodatkowo wyposażony jest w kierownicę (K) naprowadzającą strumień płuczący na dno komory retencyjnej. Komora płucząca (KPŁ) napełniana jest pompą ssąco-tłoczącą, której końcówka ssawna jest usytuowana w komorze retencyjnej (KRG) poniżej poziomu jej dna w strefie zaworu klapowego (KL). Strefa podstropowa komory płuczącej (KPŁ) połączona jest z atmosferą, za pośrednictwem zaworu odpowietrzającego (ZO), oraz z rurą napowietrzającą (RN), wyposażoną w zespół wspomagający (ZW) jej ruch pionowy [2]. Wlot do rury napowietrzającej jest usytuowany w komorze retencyjnej (KRG) w strefie zaworu klapowego (KL). Praca pompy (P) i zaworów (Z) i (ZO) jest sterowana sygnałami z czujników poziomu cieczy w komorach zbiornika. Układ komór prezentowanego zbiornika jest zgodna z rozwiązaniem przedstawionym w zgłoszeniu patentowym w roku 2006 [3]. Różni się on jednak zasadniczo, sposobem sterowania hydraulicznym procesem płukania dna komory retencyjnej zbiornika. 2
Rys.1. Schemat działania grawitacyjno- podciśnieniowej komory płuczącej dno komory retencyjnej natychmiast po jej opróżnieniu z akumulowanych ścieków działanie Ścieki dopływające do zbiornika kolektorem dopływowym (KD), wypełniają stopniowo komorę przepływową (KP), a następnie komorę retencyjną (KRG) poprzez przelew szczytowy (PSZ). Zakończenie procesu akumulacji ścieków w komorze retencyjnej (KRG) następuje przy stopniowym zaniku ich dopływu do zbiornika. Sygnalizują to czujniki CZ.1 i CZ.2 usytuowany na poziomie i nieco niżej korony przelewu szczytowego (PSZ) w komorze przepływowej (KP). Osiągnięcie w procesie napełniania komorzy przepływowej (KP) poziomu zespolonych czujników CZ.1 i CZ.2 powoduje włączenie zasilania prądem pompy i pod warunkiem zanurzenia w akumulowanych ściekach czujnika CZ.3 w komorze retencyjnej nastąpi włączenie pompy (P) i napełnianie pojemności komory płuczącej (KPŁ). Wyłączenie pompy następuje po całkowitym napełnieniu komory płuczącej (KPŁ) za pośrednictwem czujnika CZ.4 względnie po osiągnięciu poziomu ścieków I-I w komorze retencyjnej czyli przy opróżnieniu komory retencyjnej (KRG), co sygnalizuje czujnik CZ.5. Także przy zaniku dopływu cieczy do zbiornika i obniżenie poziomu napełnienia w komorze przepływowej (KP) odsłaniając styki czujników zespolonych CZ.1 i CZ.2 spowoduje odcięcie zasilania prądem pompy. Uruchomienie pompy (P) jest ściśle związane z koniecznym zamknięciem zaworu spustowego (Z) i otwarciem zaworu odpowietrzającego (ZO). Opróżnianie komór zbiornika czyli komory przepływowej (KP) i retencyjnej (KRG) następuje równocześnie. 3
Wyłączenie pompy (P) powoduje powstanie w komorze płuczącej (KPŁ) stanu podciśnienia jako, że równocześnie następuje w niej zamknięcie zaworu odpowietrzającego (ZO) oraz otwarcie zaworu spustowego (Z). Wysokość podciśnienia powietrza (odniesionego do ciężaru właściwego ścieków) zamkniętego w komorze płuczącej (KPŁ) jest pomniejszeniem wysokości ciśnienia atmosferycznego o aktualną różnicę położeń zwierciadeł ścieków w komorze płuczącej i komorze retencyjnej. Maksymalna wartość podciśnienia powietrza w komorze płuczącej (KPŁ) osiągana jest zatem w chwili tuż przed całkowitym opróżnieniem komory retencyjnej (KRG). Powstawanie rosnącego stanu podciśnienia w komorze płuczącej (KPŁ) powoduje równocześnie wypełnianie przez zassanie ścieków do rury napowietrzającej (RN) do poziomu równego położeniu zwierciadła ścieków w komorze płuczącej. Rura napowietrzająca (RN) wyposażona w złącze elastyczne oraz zespół odciążający [6] i [7]. Przed rozpoczęciem płukania rura napowietrzająca zawierając w sobie wessane ścieki jest cięższa i zagłębia swój wlot na odpowiednią głębokość. Obniżenie się zwierciadła ścieków w komorze retencyjnej (KRG) poniżej poziomu I-I, powoduje odsłonięcie wlotu rury napowietrzającej (RN), która po zrzuceniu ścieków ze swego wnętrza, jako lżejsza jak również dzięki zespołowi wspomagającemu unosi się do góry do poziomu II-II. Następuje wówczas dopływ powietrza z atmosfery do komory płuczącej (KPŁ) powodując jej intensywne opróżnianie przez otwarty zawór (Z). Ścieki, wypływające z komory płuczącej (KPŁ) poprzez przewód zrzutowy (PZ) do komory retencyjnej (KRG) i spłukują wytrącone jej na dnie zanieczyszczenia, które przez otwór spustowy z zaworem klapowym (KL) kierowane są do kolektora odpływowego (KO). Wypełnienie komory retencyjnej (KRG) w procesie jej płukania do poziomu II-II zamyka dopływ powietrza do rury (RN), przerywając tym samym wypływ ścieków z komory płuczącej (KPŁ). Wessane ponownie do rury (RN) ścieki obniżają położenie jej wlotu poniżej poziomu I-I. Wznowienie procesu płukania dna następuje, jak poprzednio, po obniżeniu się stanu ścieków w komorze retencyjnej (KRG) do poziomu I-I. 3. UWAGI EKSPLOATACYJNE W prezentowanym rozwiązaniu napełnianie komory płuczącej odbywa się w trakcie opróżniania komory retencyjnej, co pozwala na częściową sedymentację zawieszonej w cieczy fazy stałej. Usytuowanie komory płuczącej powyżej płukanego dna powoduje zwiększenie energii kinetycznej strumienia płuczącego, przy czym strumień cieczy wypływający z komory płuczącej prawie nie traci na dynamice przepływu w miarę opróżniania komory płuczącej, jak to ma miejsce w znanych rozwiązaniach. W rozwiązaniu pojemność komory 4
płuczącej powiększa całkowitą pojemność retencyjną zbiornika. Rozwiązanie daje efekt wielokrotnego płukania dna komory retencyjnej cieczą zgromadzoną w komorze płuczącej, skutecznie przeciwdziałając gromadzeniu się zanieczyszczeń na jej dnie. Zespolenie czujników CZ.1 i CZ.2 polega na tym, że ich przekaźniki posiadają wzajemne podtrzymywanie prądem cewki elektromagnesu. Oznacza to, że odcięcie prądu zasilającego pompę nastąpi tylko wtedy, gdy oba czujniki spowodują przerwanie działania obu przekaźników przypisanych do tych czujników. W praktyce oznacza to, że prąd podtrzymania podawany na cewkę pierwszego przekaźnika podawany jest przez zwarte styki przekaźnika drugiego i na odwrót. Takie zespolenie czujników CZ.1 i CZ.2 uniemożliwia niestabilne działanie sterowaniem działania pompy wywołane falowaniem zwierciadła ścieków. Czujnik CZ.3 umiejscowiony w komorze retencyjnej umożliwia zasilanie prądem cewek przypisanych do czujników CZ.1 i CZ.2. Czujnik CZ.3 jest gwarantem włączenia pompy tylko wtedy, gdy w komorze retencyjnej nastąpiła akumulacja ścieków. LITREATURA [1] KISIEL A.: Urządzenie do spłukiwania zbiornika retencyjnego cieczy. (Zgłoszony 05.07. 1994 r., BUP A1-304162 z 27. 12. 1994 r.). UP RP-173414, Warszawa 16.021998 r [2] KISIEL A.: Urządzenie do spłukiwania dna zbiornika retencyjnego cieczy, zwłaszcza ścieków kanalizacji deszczowej i ogólnospławnej. (Zgłoszony 13. 05. 1999 r. BUP A1-333147 z 20. 11. 2000 r.). UP RP- 190647, Warszawa 23. 11. 2005 r. [3] KISIEL A., KISIEL J.: Zbiornik retencyjny cieczy - GRAWITACYJNO-PODCIŚNIENIOWA KOMORA PŁU- CZĄCA. (Zgłoszony 27.01. 2006 r. BUP A1-378833 z 06.08. 2007 r.). BUP P - 378833 z dnia 27.01. 2006 r. [4] KISIEL A.: Samoczynne urządzenie do płukania kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych. Gospodarka Wodna 11/1994, str. 263-265. Warszawa 1994 r. [5] KISIEL A., KISIEL J., MALMUR R., MROWIEC M.: Retencyjne zbiorniki, jako elementy nowoczesnych rozwiązań sieci kanalizacyjnych. Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej Nr 1-Ś/2008, zeszyt 18(105) str. 41-63. Kraków 2008 r [6] KISIEL A., MROWIEC M., MALMUR R.: Hydrauliczne metody wypłukiwania osadów gromadzonych na dnie retencyjnych komór zbiorników kanalizacyjnych. PAN, Komitet Inżynierii Środowiska, Inżynieria Ochrona Środowiska; Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, 2002, t.5, nr.1, str. 7-15. Częstochowa 2002 r. [7] MALMUR. R., KISIEL A.: Wypłukiwanie osadów gromadzonych na dnie komór zbiorników kanalizacyjnych. PAN, Komitet Inżynierii Środowiska, Inżynieria i Ochrona Środowiska tom 11 nr 3, str. 269-280. Inżynieria i Ochrona Środowiska; Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej. Częstochowa 2008 r. 5