Sieci kanalizacyjne

1. Podział i charakterystyka sieci kanalizacyjnych.

1.1 Rys historyczny

1.2 Ścieki i charakterystyka ścieków

1.3 Klasyfikacja systemów kanalizacyjnych

1.4 Charakterystyka systemów kanalizacyjnych

1.1 Rys historyczny

Na najstarsze ślady starożytnych przewodów wodnych natrafiono w Syrii (dawniej Asyria), gdzie już ok. 3500 lat p.n.e. w miejscowości Habuba Kabira nad brzegiem Eufratu istniała rozwinięta cywilizacja.

Znaleziono tam ślady przewodów o przekroju kołowym (z rur ceramicznych łączonych na

„bosy koniec-kielich”) lub prostokątnym (układanych z kamieni i cegieł), doprowadzających

wodę pitną bądź odprowadzających wody opadowe/ścieki. Jako kolektory główne zostały tam użyte przewody prostokątne w przekroju, zaś mniejsze okrągłe jako przewody boczne.

Rys. 1 System kanalizacyjny z Habuba al-Kariba

Również na terenach niegdysiejszej Babilonii

(2500 – 500 p.n.e.) istniały rozbudowane systemy kanalizacyjne zaopatrzone we wpusty deszczowe (rys. 2), zbudowane z wypalanych przewodów ceramicznych

Ryc.2 (u dołu) Wypalane przewody ceramiczne – części składowe antycznych systemów kanalizacyjnych (po lewej – ze Świątyni Bel, Nippur, Babilonia sprzed ponad 2500 lat p.n.e., po prawej – z gimnazjonu w Amphylopolis z około 430 roku p.n.e)

W Egipcie, w grobowcu z ok. 2700 r. p.n.e., w miejscowości Saqquara przy ujściu Nilu, odkryto pierwszą „toaletę” – przeznaczoną dla zmarłych. Około roku 2500 p.n.e. w miastach Mezopotamii budowane były już pierwsze sieci kanałów do odprowadzania ścieków z toalet domowych spłukiwanych wodą – do dołów kloacznych. Kanały były budowane z rur miedzianych.

Europa. Początki rozwoju systemów kanalizacyjnych w starożytnym Rzymie sięgają VIII do VII wieku p.n.e. Około 610 roku p.n.e. zaczęto bud

ować główny kanał ściekowy, zwany „Cloaca Maxima”, który funkcjonuje do dzisiaj (wymiar odcinka końcowego 3,15/4,1 m). Początkowo służył do odprowadzania wód deszczowych, a później i ścieków bytowych. Retencjonowano też wody deszczowe w zbiornikach zwanych cysternami.

Fot.1 Cloaca Maxima, fragment kanału

Polska. Początki rozwoju kanalizacji na ziemiach polskich sięgają XIV wieku – Gdańsk,

Kraków, Kamieniec, Bolesławiec, Reszel i inne. Przykładowo na Dolnym Śląsku, w Bolesławcu od 1531 roku ścieki komunalne odprowadzane były nie do rzeki Bóbr, lecz na

łąki, w celu ich rolniczego wykorzystania (naturalny nawóz) a jednocześnie unieszkodliwiania (oczyszczania). System eksploatowany był do początku XX wieku. W Reszlu natomiast pozostają nadal w eksploatacji kanały „krzyżackie”, stanowiące istotny element systemu kanalizacyjnego miasta.

Powstanie nowoczesnych systemów kanalizacyjnych – z oczyszczaniem ścieków włącznie, wiązało się z tzw. rewolucją przemysłową i burzliwym rozwojem miast w Europie w XIX wieku. Wybuch epidemii cholery w 1831 r. zdecydowanie przyspieszył ten proces. Pierwsze „kompleksowe” systemy kanalizacyjne na ziemiach polskich powstały w Gdańsku (1871), we Wrocławiu (1881-90) i w Warszawie (1900 – inż. Lindley). Zaczęto też wprowadzać coraz powszechniej w większych miastach tzw. klozety wodne – „WC”.

1.2 Ścieki i charakterystyka ścieków (zob. też. Vademecum instalacji sanitarnych)

Ścieki powstają w wyniku wykorzystania wody (wodociągowej lub z własnych ujęć) na

cele:

– spłukiwania fekaliów – w ubikacjach (WC),

– higieniczne – związane z myciem się, kąpielami, itp.,

– gospodarcze – związane z praniem bielizny, przygotowywaniem posiłków, utrzymaniem czystości pomieszczeń, itp.,

– technologiczno-produkcyjne – związane z przetwarzaniem surowców, wytwarzaniem żywności, produkcją wyrobów, itp.

Ze względu na skład fizyko-chemiczny ścieki można podzielić na:

– ścieki bytowo-gospodarcze, nazywane też bytowymi (a w żargonie inżynierskim „sanitarnymi”), pochodzące z gospodarstw domowych, zakładów usługowych i obiektów użyteczności publicznej;

– ścieki przemysłowe, zwane też poprodukcyjnymi, pochodzące z zakładów przemysłowych i rzemieślniczych.

Odrębne grupy stanowią:

– ścieki opadowe (deszczowe i roztopowe), pochodzące z opadów deszczu bądź/i topnienia śniegu czy lodu – spłukujące zanieczyszczenia z uszczelnionych powierzchni zlewni, po okresach tzw. suchej pogody (pogody bezopadowej, bezdeszczowej);

– ścieki ogólnospławne (komunalne), będące najczęściej mieszaniną ścieków bytowo-gospodarczych, przemysłowych, wód podziemnych infiltrujących do kanałów przez nieszczelności oraz ścieków opadowych.

Definicja według Ustawy z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo Wodne (Dz. U. RP z dnia 11 października 2001 r., Nr 115, poz. 1229):

– ścieki bytowe – rozumie się przez to ścieki z budynków przeznaczonych na pobyt ludzi, z osiedli mieszkaniowych oraz terenów usługowych, powstające w szczególności w wyniku ludzkiego metabolizmu oraz funkcjonowania gospodarstw domowych (w żargonie inżynierskim tzw. „sanitarne”);

– ścieki komunalne – rozumie się przez to ścieki bytowe lub mieszaninę ścieków bytowych ze ściekami przemysłowymi albo wodami opadowymi lub roztopowymi (tzw. „ogólnospławne”);

– ścieki przemysłowe – rozumie się przez to ścieki odprowadzane z terenów, na których prowadzi się działalność handlową lub przemysłową albo składową, nie będące ściekami bytowymi lub wodami opadowymi;

– ścieki opadowe lub roztopowe – rozumie się przez to wody opadowe lub roztopowe ujęte w systemy kanalizacyjne, pochodzące z powierzchni zanieczyszczonych, w tym z centrów miast, terenów przemysłowych i składowych, baz transportowych oraz dróg i parkingów o trwałej nawierzchni (tzw. „deszczowe”).

1.3 Podział systemów kanalizacyjnych

A. Strumienia odprowadzanych ścieków:

– pełna – wszystkie rodzaje ścieków,

– częściowa – np. tylko ścieki bytowo-gospodarcze,

– mieszana – fragmentami pełna/częściowa.
B. Zasięgu terytorialnego:

– lokalna – osiedlowa, zakładowa, wspólnotowa,

– miejska – całe miasto,

– grupowa – kilka miast, wsi.
C. Konstrukcji kanałów:

– kryta – podziemna,

– otwarta – powierzchniowa (rowy, koryta),

– mieszana.
D. Sposobu przepływu ścieków:

– grawitacyjna,

– ciśnieniowa (pneumatyczna lub hydrauliczna),

– podciśnieniowa (próżniowa),

– mieszana.
E. Rodzaju odprowadzanych ścieków:

– bytowo-gospodarcza (ściekowa, w żargonie „sanitarna”),

– przemysłowa,

– deszczowa,

– ogólnospławna (wszystkie rodzaje ścieków).
F. Funkcjonowania systemu:

– ogólnospławna (jednoprzewodowa),

– rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa),

– półrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa),

– bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne),

– odciążona (szamba i sieć zbiorcza),

– mieszana (fragmentami różna sieć).

1.4 Charakterystyka systemów kanalizacyjnych

Kanalizacja to zespół urządzeń (czyli system) do zbierania i odprowadzania ścieków (wód zużytych) i wód opadowych (deszczowych i roztopowych) z terenów zurbanizowanych i przemysłowych do oczyszczalni ścieków, gdzie następuje ich unieszkodliwienie.

Elementy składowe systemu kanalizacyjnego jako całości to:
kanalizacja wewnętrzna (instalacje wewnętrzne) – w budynkach z przyborami sanitarnymi (WC, wanny, umywalki, natryski, wpusty podłogowe, itp.);
kanalizacja zewnętrzna
– sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna, wspólnotowa, prywatna),
– sieć zbiorcza miejska (komunalna),
– obiekty sieciowe (pompowanie, zbiorniki retencyjne, przelewy burzowe, separatory, regulatory, syfony, wpusty uliczne, studzienki rewizyjne, …),

Budowane obecnie systemy usuwania ścieków można ogólnie podzielić na (rys.):
– konwencjonalne – o grawitacyjnym przepływie ścieków,
– niekonwencjonalne – o przepływie wymuszonym pod- bądź nadciśnieniem.

Kanalizacja konwencjonalna stosowana jest powszechnie i dzieli się dalej na:

1. System ogólnospławny (jednoprzewodowy) – obecnie nie budowany,

2. System rozdzielczy (dwu lub więcej przewodowy) – składający się z kanałów bytowogospodarczych i przemysłowych oraz deszczowych,

3. System półrozdzielczy (dwu lub więcej przewodowy) – składający się z kanałów bytowogospodarczych i przemysłowych oraz deszczowych z separatorami strumieni ścieków.

kanalizacja ogólnospławna – kanałem płyną łącznie ścieki sanitarne i deszczowe. Dla odciążenia oczyszczalni ścieków wykonuje się przelewy burzowe łączące kanały bezpośrednio z odbiornikiem lub pośrednim za pośrednictwem zbiornika retencyjnego.

Rys. Schemat kanalizacji ogólnospławnej. Ozn. P.b. – przelew burzowy; zb.r. – zbiornik retencyjny; O.Ś.- oczyszczalnia ścieków

Zbiorniki retencyjne – dla systemów kanalizacji ogólnospławnej oferowane są zbiorniki retencyjne

w postaci wielkośrednicowych kanałów, których zadaniem jest retencja ścieków sanitarnych i deszczowych w czasie nawalnego deszczu oraz odprowadzenie ich z odpowiednim opóźnieniem

do odbiornika, np. oczyszczalni ścieków, rzeki. W zbiornikach retencyjno-odciążających w pierwszej fazie deszczu zostają spłukane osady z dna kanału zgromadzone w porze bezdeszczowej. W chwili, kiedy dojdzie do przekroczenia pojemności komory retencyjnej, nadmiar ścieków odprowadzany jest bezpośrednio do odbiornika za pomocą przelewów. Zbiorniki retencyjno-odciążające stosowane na

kanalizacji ogólnospławnej projektowane są przede wszystkim pod kątem odpowiedniego rozcieńczenia ścieków w chwili ich zrzutu do odbiornika, dlatego też są wyposażone w odpowiednie

detale uniemożliwiające przedostawanie się zanieczyszczeń do przelewu i dalej do odbiornika.

Analogicznie do zbiorników w systemach rozdzielczych, zbiorniki te posiadają część dławiącą, dzięki której komora retencyjna opróżniana jest w kontrolowany sposób, oraz część odciążającą,

odpowiedzialną za zrzut nadmiaru odpowiednio rozcieńczonych ścieków bezpośrednio do odbiornika.

Fot. Zbiornik retencyjny w układzie równoległym z rur Flowtite.

Kanalizacja półrozdzielcza – zawiera osobne kanały sanitarne i deszczowe połączone w wybranych miejscach separatorami. Separatory mają za zadanie kierować najsilniej zanieczyszczone ścieki deszczowe spłukiwane z ulic i placów (zwłaszcza po okresie suszy), do kanałów ściekowych i dalej do oczyszczalni ścieków.

Rys. Schemat kanalizacji półrozdzielczej S-separatory.

Kanalizacja rozdzielcza – posiada osobne kanały dla ścieków sanitarnych i deszczowych. Ścieki deszczowe odprowadzane są w całości do odbiornika. Rozwiązanie możliwe dla mało zurbanizowanych terenów, gdzie stopień zanieczyszczenia spływających ze zlewni wód nie stanowi zagrożenia dla odbiornika.

Kanalizacja niekonwencjonalna

Dzilie się na nadciśnieniową i podcisnieniową. kanalizacja nadiciśnieniowa może byc pneumatyczna lub hydrauliczna (pompowa), systemy podciśnieniowe (próżniowe) dzielą sie dalej na jednorurowe i dwururowe.

Zastosowanie kanalizacji niekonwencjonalnej uzasadnione jest w przypadku:

– terenów o niekorzystnym spadku

– terenów o wysokim poziomie wód gruntowych

– terenów o rozproszonej zabudowie

– terenów o okresowym zamieszkaniu i sezonowym odpływie ścieków np. kampingi, obozowiska

– terenów skalistych

ZALETY

Kanalizacja niekonwencjonalna (podciśnieniowa i nadciśnieniowa) jest często tańszym i bardziej korzystnym rozwiązaniem od systemów grawitacyjnych z uwagi na:

– mniejsze wymiary kanałów

– mniejsze głębokości położenia przewodów porównywalne do głębokości ułożenia sieci wodociągowych

– większe bezpieczeństwo dla środowiska (systemy ciśnieniowe są szczelne, nie dochodzi do przecieków kanałów)

– brak infiltracji wód gruntowych (mniejsze koszty oczyszczalnia ścieków w oczyszczalni)

Strumień ścieków może być mniejszy w stosunku do kanalizacji konwencjonalnej nawet do 50%, wskutek m.in. braku infiltracji wód podziemnych oraz wód deszczowych z błędnych podłączeń czy też dopływających przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek !

WADY

– konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania zmiennego w czasie strumienia energii elektrycznej (coraz droższa!);

– konieczność dokonywania regularnych przeglądów i konserwacji urządzeń przez wykwalifikowanych pracowników;

– większą zawodność działania – możliwość awarii elementów mechanicznych i elektrycznych, w tym automatyki, mogących prowadzić do skażenia środowiska.

Kanalizacja niekonwencjonalna ma też ograniczony zasięg działania, limitowany:

– wysokością ciśnienia w sieci – w praktyce do 0,4 MPa (4 Bary), co ogranicza zastosowanie do ok. 15000 Mk,

– wysokością podciśnienia w sieci – w praktyce do 0,06 MPa (0,6 Bara), co ogranicza zasięg działania do ok. 2 km wokół centralnej stacji próżniowej (CSP) i liczbę mieszkańców do ok. 1500 Mk.