Zasady projektowania sieci ogólnospławnej

tekst na podstawie opracowania Politechniki Wrocławskiej „Kanalizacja I”

SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI OGÓLNOSPŁAWNEJ

Historycznie, pierwsze systemy kanalizacyjne były budowane jako ogólnospławne (obecnie istnieją w najstarszych fragmentach zabudowy miast). Współcześnie, w wyniku rozbudowy miast, nowe fragmenty zabudowy kanalizowane są najczęściej w systemie rozdzielczym, głównie ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej efektywności oddzielnego oczyszczania ścieków bytowych-gospodarczych, przemysłowych i deszczowych. Istota kanalizacji ogólnospławnej to:

jednoprzewodowy transport wszystkich rodzajów ścieków do oczyszczalni,
konieczność odciążania oczyszczalni ścieków przez przelewy burzowe czy zbiorniki retencyjne w okresie trwania opadów (strumień ścieków jest wówczas nawet kilkadziesiąt razy większy niż w okresie suchej pogody).

Poniżej przedstawiono schematy funkcjonalne grawitacyjnej kanalizacji ogólnospławnej w skali „mikro” – pojedynczych budynków (rys. 3.1) i w skali „makro” – całej miejscowości (rys. 3.2).

Rys. 3.1. Schemat funkcjonalny kanalizacji ogólnospławnej (grawitacyjnej) – w skali „mikro”(„A”); P.k. – pion kanalizacyjny; w.u. – wpust uliczny; R. – rynna; st. – studzienka kanalizacyjna

Rys. 3.2. Schemat funkcjonalny kanalizacji ogólnospławnej (grawitacyjnej) – w skali „makro”; P.b. – przelew burzowy; zb.r. – zbiornik retencyjny; O.Ś.- oczyszczalnia ścieków

ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI OGÓLNOSPŁAWNEJ

Do odciążenia hydraulicznego sieci i oczyszczalni ścieków w systemie kanalizacji ogólnospławnej, podczas trwania opadów deszczu, stosowane są najczęściej przelewy burzowe i zbiorniki retencyjne. Schematy ideowe zabudowy takich obiektów przedstawiono na rysunku 3.3.

Rys. 3.3 Od góry- przelewy burzowe, zbiorniki retencyjne na boczniku, zbiorniki retencyjne na kolektorze.

Przelewy burzowe na kanalizacji ogólnospławnej budowane są głównie w celu:

zabezpieczenia oczyszczalni ścieków przed przeciążeniem hydraulicznym i spadkiem sprawności jej działania, zwłaszcza części biologicznej i chemicznej, podczas pogody deszczowej,
zmniejszenia wymiarów kolektora – za przelewem.

Zadaniem hydraulicznym przelewu burzowego jest podział strumienia dopływu Q_dścieków do obiektu na dwa strumienie:

Q_o – odpływu na oczyszczalnię ścieków (Q_o = Q_d – Q_b), i
Q_b – odpływu kanałem burzowym do odbiornika (Q_b = Q_d– Q_o),

w ściśle określonych proporcjach.

W Polsce, w zależności od rodzaju kanalizacji oraz odbiornika, limitowana jest wartość średniej rocznej liczby zadziałań przelewów burzowych, tj. zrzutów ścieków z przelewu do odbiornika.

W komunalnej kanalizacji ogólnospławnej, ścieki z przelewów burzowych mogą być odprowadzane do śródlądowych wód powierzchniowych płynących lub przybrzeżnych, o ile średnia roczna liczba zrzutów burzowych z przelewów nie przekracza 10 (wg RMŚ z 2006 r.). W aglomeracjach miejskich o równoważnej liczbie mieszkańców RLM ≤ 100 000, w chwili rozpoczęcia działania przelewu, strumień objętości dopływu wód opadowych musi być co najmniej trzy krotnie większy od średniego dobowego strumienia ścieków w okresie pogody bezopadowej (Q_śc_(p.b)).

Przelewy burzowe należy więc projektować na początkowe rozcieńczenie n_rp ≥ 3, wówczas graniczny strumień odpływu na oczyszczalnię wyniesie:

Najczęściej stosowane są dwa rodzaje przelewów burzowych:

z jednostronną boczną krawędzią przelewową,
z dwustronnymi bocznymi krawędziami przelewowymi.

Każdy rodzaj przelewu może działać z dławionym (za pomocą rury dławiącej, zastawki czy regulatora wirowego), bądź niedławionym, odpływem ścieków (Q_o) w kierunku oczyszczalni. Schematy przykładowych urządzeń do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogólnospławnej za pomocą przelewów burzowych podano na rysunkach 3.4, 3.5 i 3.6.

Przelew boczny jednostronny

Rys. 3.4. Schemat i przekrój poprzeczny jednostronnego bocznego przelewu burzowego (z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Q_o do oczyszczalni; Q_d – strumień dopływu do przelewu; Q = Q_b – strumień zrzutu burzowego do odbiornika)

Przelew boczny dwustronny

Rys. 3.5. Schemat i przekrój poprzeczny dwustronnego bocznego przelewu burzowego z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Q_o do oczyszczalni; Q_d – strumień dopływu do przelewu; Q = Q_b – strumień zrzutu burzowego do odbiornika)

Rys. 3.6. Przekrój podłużny bocznego przelewu burzowego z rurą dławiącą

Zbiorniki retencyjne pełnią podobną funkcję hydrauliczną jak przelewy burzowe. Głównym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest współczynnik redukcji strumieni ścieków β:

β = Q_o/Q_d

gdzie:

Q_o – strumień objętości (natężenie przepływu) ścieków odpływających ze zbiornika (kanałem o średnicy d₂),

Q_d – strumień objętości ścieków dopływających do zbiornika (kanałem o średnicy d₁).

Zbiorniki retencyjne na sieciach kanalizacyjnych stosuje się głównie w celu zredukowania maksymalnych strumieni ścieków w czasie trwania nawalnych deszczy. Buduje się je najczęściej na kanalizacji ogólnospławnej i deszczowej do przetrzymywania – retencjonowania ścieków, jako (rys. 3.7):

otwarte – terenowe (w zagłębieniach naturalnych lub sztucznch ), bądź jako
kryte – podziemne (tradycyjnie żelbetowe lub obecnie też z tworzyw sztucznych, w tym tzw. „rurowe”, zbudowane z odcinków rurociągów/kanałów o dużych średnicach oraz „skrzynkowe” otoczone geowłókniną)

Rys. 3.7. Rodzaje kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych: A) zbiornik terenowy (otwarty); B) zbiornik podziemny (kryty)

Schematy przykładowych konstrukcji zbiorników retencyjnych do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogólnospławnej podano na rysunkach 3.8 i 3.9.

Rys. 3.8. Schemat zbiornika krytego na boczniku

(widok z góry i przekrój podłużny)

Na kanalizacji ogólnospławnej nie dopuszcza się zasadniczo do podtopienia kanału dopływowego przed przelewem, m.in. ze względu na możliwość odkładania się osadów. Stąd konieczność stosowania wewnątrz krytych zbiorników, przelewów do awaryjnego zrzutu ścieków (rys. 3.8).

Rys. 3.9. Schemat zbiornika otwartego na kolektorze

(przekrój podłużny i widok z góry)

Podczas pogody bezdeszczowej ścieki bytowo-gospodarcze nie wpływają do otwartej komory retencyjnej zbiornika, przedstawionego na rysunku 3.9, a przepływają kanałami pod dnem zbiornika. Ze względów sanitarnych powierzchnie skarp i dna zbiornika powinny być uszczelnione. Zbiornik powinien być też ogrodzony i oznaczony tablicami ostrzegawczymi.

Ograniczenie ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do odbiorników

W celu ochrony, zwłaszcza małych odbiorników ścieków (rzek, potoków) stosuje się lokalne retencjonowanie i podczyszczanie ścieków pochodzących ze zrzutów burzowych o wielkości strumienia Q > 10% SNQ – średniego niskiego przepływu wody w odbiorniku.

. 3.10. Schematy ideowe sposobów ograniczenia ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do odbiorników z przelewów na kanalizacji ogólnosławnej (p.b. – przelew burzowy)

ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI OGÓLNOSPŁAWNEJ W POLSCE

W Polsce stosuje się utrwalone od lat pięćdziesiątych XX wieku, dyskusyjne obecnie, zasady wymiarowania grawitacyjnej kanalizacji ogólnospławnej.

Podczas tzw. suchej pogody kanałami ogólnospławnymi płyną ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz wody przypadkowe i infiltracyjne. Podczas pogody deszczowej – dodatkowo ścieki deszczowe. Wymiary (średnice) kanałów dobierane są do całkowitego wypełnienia przekroju, na strumień objętości (Q):

Q = Q_h_{max śc} + Q_m

gdzie:

Q_h_max _śc – maksymalny godzinowy strumień ścieków bytowo-gospodarczych i przemysło-wych (w dm³/s)

Q_m – miarodajny strumień ścieków deszczowych Q_m(q, ψ, F) (w dm³/s) – spowodowany deszczem o natężeniu jednostkowym q(t, C) (w dm³/s ha), obliczanym z modelu (wzoru) Błaszczyka dla miarodajnego czasu trwania deszczu t_dm i przy założonej częstości C jego występowania (ψ – współczynnik spływu powierzchniowego; F – powierzchnia zlewni, ha).

Częstość (C), czyli powtarzalność w latach występowania danego natężenia deszczu, przyjmuje się w zależności od ważności kanału i warunków terenowych. Przykładowo: kolektory ogólnospławne w płaskim terenie wymiarowane są na C = 5 lat (czyli na natężenie deszczu q zdarzające się raz na 5 lat), a kanały boczne na C = 2 lata.