System kanalizacji w Polsce ciągle się rozwija. W roku 2007 według Głównego Urzędu Statystycznego łączna ilość przewodów wynosiła około 90 tys. km, dane z 2010 r. mówią już o 108 tys. km. Na przełomie 3 lat odnotowano wzrost o 20% ogólnej długości sieci kanalizacyjnej. Dane te napawają optymizmem, gdyż świadczą o wzroście ilości inwestycji w kraju. Sytuacja znacznie poprawia się również na terenach wiejskich, które w latach 2007-2010 według GUS-u zyskały około 8 tys. km przewodów. 
    W obecnej sytuacji mamy więc coraz dłuższe przewody ciśnieniowe o coraz mniejszym przepływie. Długi czas przetrzymywania ścieków w warunkach beztlenowych, bez możliwości odświeżania – co w sposób naturalny występuje w kanalizacji grawitacyjnej – prowadzi do szeregu problemów eksploatacyjnych.

Generatory problemów
    Do systemu kanalizacji ciśnieniowej zaliczamy komorę przepompowni ścieków wraz z wyposażeniem, przewód tłoczny, armaturę (zasuwy, odpowietrzniki, czyszczaki) i studzienkę rozprężną. Oczywiście, aby było co przetłaczać, muszą istnieć równolegle kanały grawitacyjne doprowadzające ścieki do przepompowni. Każdy z wyżej wymienionych składników jest potencjalnie generatorem problemów.

Przepompownie
    Pomijając sieć grawitacyjną, pierwszym obiektem systemu jest przepompownia. Najpopularniejsze obecnie, wykonane w tzw. technologii „mokrej”, posiadają przestrzeń retencyjną martwą. W zależności od rodzaju zamontowanych pomp może ona mieć głębokość do kilkudziesięciu centymetrów. Odnosząc tę wielkość do średnicy komory, otrzymujemy kilkaset litrów stale zalegających ścieków. W praktyce oznacza to sedymentację osadu, kolmatację, a w konsekwencji zagniwanie i wydzielanie siarkowodoru. Odory wydobywające się z obiektu uprzykrzają życie okolicznym mieszkańcom. Najpowszechniej w takiej sytuacji okresowo czyści się komorę przepompowni. Tego typu czynności eksploatacyjne nie należą do higienicznych i wymagają nakładu pracy urządzeń i obsługi. Nie można również dokładnie stwierdzić, w jakim terminie przeprowadzić kolejne „sprzątanie”. Czas, po jakim ścieki zagniją, zależy od bardzo wielu parametrów, które ulegają ciągłym wpływom czynników zewnętrznych (BZT₅, zagniwalność, temperatura, pH itp.). Eksploatatorzy zdani są więc na mieszkańców reagujących wtedy, gdy problem już się pojawi. Postępowanie tego typu jest „leczeniem chorego pacjenta” i z profilaktyką nie ma nic wspólnego.
    Wraz z coraz częstszymi sygnałami o problemie odorów, na rynku zaczęły pojawiać się technologie suchych przepompowni ścieków lokalizowanych w komorach. W myśl niemieckiej technologii często nazywane tłoczniami. Przepompownie suche działają na identycznych pompach jak ich „mokre” odpowiedniki. Tłocznie wykorzystują pompy niezatapialne, a więc o innej konstrukcji, niż przyzwyczaili się już technicy w zakładach wodociągowych. Kolejną znaczącą różnicą jest zbiornik retencyjny – w myśl polskiego pomysłu wyniesiony został poza komorę i zrealizowany jako kanał dolotowy poziomy (zwiększono odpowiednio DN [mm] oraz i [%]). Dzięki takiemu zabiegowi można uzyskać średnicę zbiornika mniejszą od rozwiązania tłoczni, w której zbiornik retencyjny wykonany ze stali nierdzewnej znajduje się we wnętrzu. W każdym z rozwiązań zastosowano separację pośrednią skratek. Niemniej jednak rozwiązanie, jakie mamy na myśli, zapobiega powstawaniu odorów w strefie przepompowni. Dzięki zainstalowaniu wkładu filtracyjnego w kominku wentylacyjnym obiekt zyskuje miano „bezzapachowego”.

Opłacalne czy nieopłacalne?
    Najważniejszą cechą dla inwestorów jest oczywiście koszt rozwiązania. W porównaniu do przepompowni „mokrej” obydwa typy „suche” są droższe. Przeważnie cena tradycyjnej technologii plasuje się w przedziale 35 000 – 85 000 zł (włączając szafę sterowniczą oraz komorę betonową), ale nie jest oczywiście sztywną granicą, gdyż zależy od producenta, typu zamontowanych pomp, armatury oraz głębokości zbiornika. Nowe technologie osiągają cenę w przedziale 100 000 – 170 000 zł (również jest to cena szacunkowa).
    Wyższy koszt inwestycyjny nie musi jednak oznaczać, że rozwiązanie jest nieopłacalne. Biorąc pod uwagę czas eksploatacji systemu, technologie „suche” mogą okazać się korzystniejsze w ogólnym rozliczeniu. Nie występuje w nich korozja powodowana bezpośrednią stycznością ścieków z betonami, a charakteryzujące się wysoką odpornością na środowisko agresywne stale nierdzewne gwarantują długi okres bezawaryjnej pracy. Inaczej sytuacja wygląda przy rozwiązaniach tradycyjnych. Zdarzały się już przypadki, iż funkcjonujące po kilka lat przepompownie wymagały modernizacji z powodu korozji. Oczywiście, jeśli zniszczeniu uległy elementy betonowe, koszt takiej inwestycji, ze względu na zwiększony zakres prac budowlanych, może się okazać wiele wyższy, niż w przypadku budowy nowej przepompowni. Sumarycznie na jeden obiekt wydajemy nie – jak zakładano – 50 000 zł, ale ponad 100 000 zł. Warto więc przemyśleć decyzję o wyborze „tańszych” rozwiązań już na etapie projektowania.

Tab. 1.
Zestawienie kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych w różnych konfiguracjach typów przepompowni.

Przewody tłoczne
    Przewody tłoczne, z punktu widzenia możliwości wydobywania się odorów, są najbardziej hermetyczną częścią całego układu. Właściwie nie mają one żadnej możliwości oddziaływania na środowisko (jeśli oczywiście są szczelne). Ilości powietrza wydobywające się z armatury, tj. zaworów odpowietrzająco-napowietrzających nie stwarzają zagrożenia ani nawet nie wprowadzają dyskomfortu dla okolicznych mieszkańców. Jednak to w przewodach tłocznych dochodzi do zagniwania ścieków. Przyczyna takiej sytuacji tkwi po pierwsze w długości przesyłów. Coraz częściej obserwuje się nawet kilkunastokilometrowe przewody tłoczne. Biorąc pod uwagę rozwój technologii opartej na sprężonym powietrzu, możliwe jest uzyskanie ciśnienia tłoczenia na poziomie 13 barów, czego nie zagwarantują najsprawniejsze pompy. Standardowo spotykane systemy pompowe występują przy odcinkach kilkukilometrowych.
    Drugim, według mnie, najbardziej nieprzewidywalnym czynnikiem wpływającym na zagniwanie ścieków w przewodzie tłocznym są napływy do przepompowni. Od objętości ścieków przetłaczanych zależy, jaki czas upłynie zanim trafią one do studzienki rozprężnej. Zalecanym, według niemieckiej normy DIN EN 1671 oraz DWA-A 116-2, maksymalnym czasem przetrzymania są 4 godziny. Mając do czynienia ze stałą objętością przewodu tłocznego (najmniejszy przewód tłoczny stosowany dla ścieków z fekaliami to PE90 dla przepompowni sieciowych) i określonym w założeniach projektowych lub odczytanym z danych monitoringu napływem ścieków, nie można właściwie wpłynąć na czas ich przetrzymania. Dodatkowo układ przetłaczania, nieważne czy pneumatyczny, czy pompowy musi zapewnić prędkość w pionie tłocznym na minimalnym poziomie 0,7 m/s (przy tej prędkości w pełni otwiera się tylko jeden typ zaworów zwrotnych dostępnych na rynku, dla pozostałej armatury powinna ona wynosić 1,0 m/s). Mając więc na myśli te wszystkie parametry, minimalna wydajność układu przy pionie tłocznym DN80 wynosi 3,5 l/s. Biorąc pod uwagę dane pochodzące z obiektów już pracujących oraz tych projektowanych, otrzymujemy czasy przetrzymania ścieków 21 h, 44h, 78 h, a nawet 595 h itd.

Lekarstwo na problem
    Po kilku dniach przebywania w środowisku anaerobowym ścieki docierające do studzienki rozprężnej są w takim stopniu zagniłe, że stężenie siarkowodoru przekracza kilkunastokrotnie dopuszczalne normy. W takim przypadku nie ma już mowy o uciążliwości systemu, ale o jego realnym stwarzaniu zagrożenia życia. Jak widać sytuacja jest bardzo poważna.
    Lekiem na występujący już problem mogą być pojawiające się na rynku środki dozowane do ścieków. Jeden z popularnych obecnie preparatów na bazie żelaza, dozowany jest poza komorą przepompowni bezpośrednio do rurociągu tłocznego, gdyż bardzo niskie pH (rzędu 1-2) mogłoby spowodować korozję wyposażenia przepompowni. Problem odorów jest teoretycznie zniwelowany, lecz już w wielu przypadkach sposób ten przyczynił się do „zanikania” studzienki rozprężnej – krótko mówiąc ma tak silne właściwości żrące, że po kilkunastu miesiącach powoduje korozję betonu i stali. Łatwo sobie wyobrazić, co się dzieje z pompami w kolejnym obiekcie, jeśli mamy do czynienia z przetłaczaniem wielostopniowym. Prowadzone przeze mnie wyliczenia dla konkretnego przypadku wykazały, że miesięczny koszt dozowania preparatu na bazie żelaza wynosi około 60 zł (przepompownia ścieków woj. zachodniopomorskie, Qrz = 2,77 l/s, L (PE90) = 2123 m). Biorąc pod uwagę okresowy napływ do tego obiektu, należałoby mieszkańcom doliczyć 0,31 zł/m3 do obecnej stawki odprowadzania ścieków. Jest to wzrost kosztów z punktu widzenia zakupu samego preparatu, a nie uwzględnia on serwisowania oraz amortyzacji urządzeń. Warto wspomnieć również o cenie stacji dozującej, która plasuje się w granicach 6 000-14 000 zł.
    Drugi preparat dostępny na rynku zawiera saletrę amonową. Jeśli żelazowe związki mają przede wszystkim działanie punktowe, te charakteryzują się pewną „rozprzestrzenialnością”. Środek nie jest agresywny dla urządzeń oraz armatury i można dozować go bezpośrednio do komory przepompowni. Rozwiązuje więc dwa problemy odorów – w samym obiekcie, jak i w studni rozprężnej. Działa na zasadzie rozkładu substancji, które w warunkach beztlenowych mogłyby być przyczyną powstawania siarkowodoru. Jest to działanie pożądane ze względu na zniwelowanie odorów, ale powoduje spadek ładunku zanieczyszczeń, co może negatywnie wpływać na działanie oczyszczalni ścieków. Koszt miesięcznego dozowania saletry amonowej dla analizowanego przypadku wyniósł 366,45 zł. Patrząc z perspektywy instalacji potrzebnej dla takiego systemu, w ramach umowy leasingowej miesięcznie należałoby doliczyć jeszcze kwotę 970 zł. Cena odprowadzenia 1 m³ ścieków wzrosłaby więc o 7 zł/m³.
    Patrząc z perspektywy użytkownika sieci, rozwiązaniem dla niego korzystnym jest stosowanie związków żelaza, lecz generujące przez preparat problemy dla eksploatatorów są niewspółmierne do osiągniętych korzyści. Istnieje jeszcze jeden sposób na ograniczenie zagniwania ścieków. Wracając do przyczyn problemu, wspomniałam o czasie przetrzymania ścieków. Najprostszym sposobem, aby nie zalegały one zbyt długo w przewodzie tłocznym, jest ich cykliczne „wypychanie”. Można zrealizować ten proces dwoma sposobami. Pierwszy z nich wymaga decyzji na etapie projektowania. Mając świadomość, że przepompownie ścieków lokalizowane na terenach wiejskich o długich rurociągach tłocznych, prędzej czy później będą stwarzały problemy eksploatacyjne, inwestorzy powinni wybrać system jak najbardziej dostosowany do tego typu sytuacji. Przy zastosowaniu pneumatycznego transportu ścieków, w jednym urządzeniu łączymy możliwość przetłaczania oraz przedmuchu. Zużycie energii na przetłoczenie 1 m³ wraz z dwukrotnym przedmuchem rurociągu w ciągu doby (czas przetrzymania 12 h) wynosi w tym przypadku 1,38 kWh, a system pompowy obecnie działający pobiera 0,59 kWh.

Tab. 2.
Zestawienie kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych dla gminy wiejskiej w woj. zachodniopomorskim.

Użytkownik zapłaci
    Gdy obiekt już istnieje, pozostaje zamontowanie instalacji do przedmuchu rurociągu. Pamiętając jednak o wymogach, które musimy spełnić przy układzie pompowym, należy bardzo wnikliwie przeanalizować profil rurociągu i zdecydować o eliminacji lub automatyzacji pracy zaworów napowietrzająco-odpowietrzających. Wszystkie te zabiegi okazują się jednak opłacalne, gdyż w ogólnym miesięcznym rozliczeniu otrzymujemy koszt dodatkowej energii na poziomie 88,80 zł dla rozpatrywanego obiektu. Każdy użytkownik zapłaci więc więcej niż dotychczas za każdy 1 m³ ścieków o 0,78 zł.
    Po analizie zestawienia kosztów inwestycyjnych widać, iż rozwiązania uważane powszechnie za tańsze, w perspektywie kilkunastoletniej eksploatacji zajmują ostatnie miejsce pod względem opłacalności. Obserwując wzrost świadomości wśród eksploatatorów sieci, coraz częściej w rozmowach o wyborze technologii pada pytanie nie tylko o koszt inwestycyjny, ale i środki potrzebne na utrzymanie systemu. Dla przykładu, poniżej umieściłam zestawienie kosztów wykonane dla jednej z zachodniopomorskich gmin o charakterze wiejskim, których plany rozbudowy sieci są w sferze koncepcji (porównanie systemu przetłaczania ścieków do jednej, centralnej oczyszczalni–wariant 1 oraz wariant 2 obejmujący budowę dodatkowego obiektu oczyszczalni).
    Jak obrazują powyższe zestawienia, aby otrzymać w pełni sprawny system transportu ścieków na długie odcinki, musimy liczyć się z kosztami inwestycyjnymi. Zwrócą się one jednak w perspektywie czasu zarówno pod względem oszczędności na preparatach, jak i mniejszym nakładem pracy eksploatatorów (koszty pracy nie zostały wliczone do zestawienia).

Rys. 1.
Wykres stężenia siarkowodoru w studni rozprężnej przepompowni P219 w lutym.

Studzienka rozprężna
    W ogólnej analizie systemu zapobiegania powstawaniu odorów w sieci kanalizacyjnej pominęłam celowo wymienioną wcześniej armaturę, ze względu na jej znikomy wpływ w tym aspekcie. Również studzienki rozprężne nie są miejscem, w którym można skutecznie zaradzić temu problemowi. Obecnie na rynku istnieje wiele rodzajów biofiltrów, wkładów włazowych itp., lecz z perspektywy uciążliwości systemów kanalizacyjnych nie do końca są w stanie usunąć tak znaczne ilości wydzielającego się siarkowodoru (usuwają do 50 ppm H2S – według załączonego wykresu stężenia dochodzą do 120 ppm).
    Nawet jeśli w tej konkretnej studzience zredukujemy wydzielanie odorów, ścieki transportowane i tak dalej będą zagniwały, więc efektu zamierzonego nie otrzymamy.

 

* * *
 

    Jak widać po przeprowadzonej analizie systemów kanalizacji ciśnieniowej, jest to układ bardzo problematyczny. Przy zbyt małym doświadczeniu i świadomości zarówno eksploatatorów, jak i samych projektantów, całość może pracować w sposób uciążliwy dla okolicznych mieszkańców i stanowić poważne zagrożenie dla życia i zdrowia serwisujących tego typu systemy. Kierowanie się w tym przypadku kryterium „najniższej ceny” jest nieuzasadnione i prowadzić może do konieczności szybkiej modernizacji nowo powstałego obiektu.

 

Literatura:
1. Główny Urząd Statystyczny, „Infrastruktura komunalna w 2007 r.”, Warszawa 2008 r. (Publikacja dostępna na stronie http://www.stat.gov.pl);
2. Główny Urząd Statystyczny, „Infrastruktura komunalna w 2010 r.”, Warszawa 2011 r. (Publikacja dostępna na stronie http://www.stat.gov.pl);
3. DIN EN 1671 Druckentwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden. (Systemy kanalizacyjne ciśnieniowe na zewnątrz budynków).
4. DWA-A 116-2 Besondere Entwässerungsverfahren Teil 2: Druckentwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden. (Specjalne procedury odwadniające. Część 2: Systemy kanalizacyjne ciśnieniowe na zewnątrz budynków).
5. Materiały z pracy własnej.

Autor: Justyna Worona, Politechnika Koszalińska

Artykuł został opublikowany w magazynie "Ochrona Środowiska" nr 5/2012

Źródło fot.: www.photogenica.pl