Wodociągi i kanalizacje

Kanalizacja ciśnieniowa i

podciśnieniowa

Kanalizacja ciśnieniowa

Kanalizacja ciśnieniowa charakteryzuje się tym, że
zewnętrzna sieć (ewentualnie wraz z przykanalikami)
jest siecią ciśnieniową.

Ścieki są wtłaczane do niej za pomocą specjalnych
urządzeń zbiornikowo-tłocznych, instalowanych w
bezpośrednim

sąsiedztwie

miejsc

powstawania

ścieków.

Pompy najczęściej są wyposażone w rozdrabniarki
części stałych. Odpowiednie montowanie pomp w
stosunku do dna eliminuje możliwość zasysania
ciężkich ciał stałych jak np. kamienie.

Zalety kanalizacji ciśnieniowej w stosunku do
rozwiązań konwencjonalnych:

•możliwe jest układanie kanałów równolegle do
powierzchni terenu, na głębokościach takich samych
lub nawet nieco mniejszych w stosunku do głębokości
układania przewodów wodociągowych;

•lepiej spełnione są warunki i zasady ochrony
środowiska, ze względu na wymaganą szczelność
przewodów sieci kanalizacyjnej wykluczona jest
bowiem praktycznie zarówno eksfiltracja ścieków
(skażenie wód gruntowych), jak i infiltracja wód
gruntowych (przesuszanie gruntu i rozcieńczanie
ścieków);

•możliwe jest istotne zmniejszenie wymiarów
poszczególnych urządzeń do oczyszczania ścieków,
niwelują w znacznym stopniu szczytowe - związane z
opadami deszczu - wielkości dopływu ścieków do
oczyszczalni (wyeliminowanie infiltracji), co pozwala
na utrzymanie w miarę stałej i dużej sprawności
działania oczyszczalni ścieków;

•prawdopodobne jest znaczne skrócenie czasu realizacji
inwestycji, co wynika zarówno z niewielkiej ilości robót
ziemnych, jak i możliwości stosowania lekkich i łatwych
w montażu przewodów z tworzyw sztucznych;

•realne jest znaczne ograniczenie bądź wręcz
wyeliminowanie prac prowadzonych przez pracowników
wewnątrz systemu, w wyniku czego są zmniejszone
uciążliwości eksploatacyjne i zagrożenia wypadkowe

•możliwe jest dość istotne zmniejszenie średnic kanałów
(rurociągów) ze względu na eliminację infiltracji i
całkowite wypełnianie kanałów,

•prawdopodobne jest układanie kanalizacji w jednym
wykopie z wodociągiem, co ułatwia rozwiązanie
problemu uzbrojenia nowo powstających osiedli domków
jednorodzinnych;

•utrudnione jest bytowanie szczurów przez
uniemożliwienie im przemieszczania się przewodami
kanalizacyjnymi;

•łatwe jest unikanie kolizji z innymi instalacjami w
gruncie.

Wady kanalizacji ciśnieniowej w stosunku do
rozwiązań konwencjonalnych:

• zawodność działania systemu, ze względu na możliwość
awarii elementów mechanicznych wchodzących w jego
skład (podczas awarii prawdopodobne jest przepełnienie
zbiornika),

• konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania
zmiennej w czasie energii elektrycznej, przeznaczonej do
zasilania systemu (urządzeń tłocznych),

• konieczność dokonywania regularnych przeglądów i
konserwacji urządzeń przez wykwalifikowanych
pracowników,

• możliwość pęknięcia kanału ulicznego lub przykanalika,
co grozi skażeniem terenu ściekami.

Obliczenia hydrauliczne

Hydrauliczne wymiarowanie sieci kanalizacji

ciśnieniowej obejmuje 2 etapy:

1. Określenie parametrów dla założonych

równocześnie pracujących pomp

2. obliczenia hydrauliczne wg zasad obowiązujących w

przypadku przewodów wodociągowych
uwzględniających dwa warunki:

• kryterium okresowego osiągnięcia

prędkości samooczyszczającej w każdym
odcinku przewodu

• kryterium maksymalnych ciśnień

występujących w węzłach

Kryterium okresowego osiągnięcia prędkości
samooczyszczającej w każdym odcinku przewodu
wynika

z

konieczności

usunięcia

osadów

gromadzących się na

ściankach rur.

Prędkość ta jest określana przez różnych autorów
na 0,6 a nawet 0,8 m/s lub względnie wyznaczana w
zależności od średnicy rurociągu podawanej w m.

d

v

355

,

1



Kryterium maksymalnych ciśnień występujących
w węzłach wynika z układu, jakim jest pompa z
współpracującym z nią przewodem ciśnieniowym o
danej charakterystyce.

Rury i obiekty ciśnieniowej sieci

kanalizacyjnej

Do budowy ciśnieniowej sieci kanalizacyjnej używa się
rur stosowanych do sieci wodociągowej, głównie z
nieplastyfikowanego polichlorku winylu (PVC).

Podstawową

rolę

w

kanalizacji

ciśnieniowej

odgrywają pompownie.

Stanowią je urządzenia zbiornikowo-tłoczne, do
których ścieki spływają z jednego lub kilku domostw,
a następnie są tłoczone do sieci kanalizacji
zewnętrznej pompami zatapialnymi wyposażonymi w
rozdrabniacze.

Praca pomp jest w pełni zautomatyzowana.
Najczęściej steruje się pracą pomp poziomem
ścieków w zbiorniku.

Poza podstawowymi dla systemu urządzeniami
zbiornikowo-tłocznymi kanalizacja ciśnieniowa składa
się z następujących elementów:

• wewnętrznych instalacji domowych,
• przykanalików ciśnieniowych (podłączeń do
kanalizacji ulicznej),

• ciśnieniowej sieci kanałów ulicznych z uzbrojeniem,
• stacji sprężarek służących do okresowego
przedmuchiwania kanałów powietrzem w celu
usunięcia z nich wytrącających się osadów
ściekowych; stacje te najczęściej lokalizuje się na
końcówkach sieci,

• oczyszczalni ścieków.

Dwa z elementów — wewnętrzna instalacja domowa i
oczyszczalnia ścieków — nie różnią się niczym od
stosowanych w konwencjonalnej kanalizacji
grawitacyjnej.

Jedynym dodatkowym osprzętem w wewnętrznej
instalacji kanalizacyjnej jest przewód wentylacyjny
(prócz normalnie stosowanych rur wywiewnych
zapobiegających powstawaniu podciśnień w pionach i
wentylujących sieć) współpracujący z urządzeniem
zbiornikowo-tłocznym.

Zadaniem tego przewodu jest odpowietrzanie zbiornika
w czasie jego napełniania ściekami oraz doprowadzenie
powietrza w miejsce wypompowanych ścieków w czasie
pracy urządzenia.

Funkcjonowanie sieci kanalizacji ciśnieniowej jest
uzależnione przede wszystkim od właściwego doboru
agregatów pompowych, a także zaworów zwrotnych i
średnic rurociągów.

Trwałość obecnie produkowanych pomp zatapialnych
określa się na minimum 4 tyś. godzin ich pracy, co
zapewnia ich funkcjonowanie przez minimum 10-15
lat.

Po tym okresie należy liczyć się z koniecznością
wymiany niektórych zespołów roboczych agregatu
pompowego, której koszt nie przekracza na ogół 15%
kosztów zakupu całego agregatu.

Okres pracy pozostałych elementów szacuje się na 50
lat.

Ograniczeniem stosowania kanalizacji ciśnieniowej
jest stosunkowo wysoki koszt urządzeń zbiornikowo-
tłocznych .

Kanalizacja podciśnieniowa

Kanalizacja podciśnieniowa charakteryzuje się tym, że
cala zewnętrzna sieć kanalizacyjna (wraz z
przykanalikami) jest siecią podciśnieniową.

Ścieki wysysane są z niej przez stację próżniową.

Stacja próżniowa jest zbiornikiem wyposażonym w
pompy próżniowe utrzymujące podciśnienie w sieci.

Istotnym nowym, w porównaniu z kanalizacją
grawitacyjną, elementem instalacji kanalizacyjnej jest
zamontowany w studzience zbiorczej automatyczny
zawór opróżniający, blokujący wlot przykanalika i
zapobiegający przedostaniu się powietrza ze studzienki
zbiorczej do sieci. Element ten stanowi granicę między
klasyczną, wewnętrzną instalacją a zewnętrzną
kanalizacją podciśnieniową

W stosunku do rozwiązań konwencjonalnych
kanalizacja podciśnieniowa ma podobne zalety i wady
jak kanalizacja ciśnieniowa.

Chociaż pęknięcie kanału ulicznego nie powoduje w
tym przypadku skażenia terenu, jest mimo to istotną
wadą systemu ze względu na wielkie trudności
związane ze zlokalizowaniem miejsca awarii.

Dodatkową wadą tego systemu jest stosunkowo
ograniczony terytorialnie zasięg.

Kanalizacja podciśnieniowa składa się z następujących
elementów:

•wewnętrznych instalacji domowych zakończonych
studzienką zbiorczą z zainstalowanym zaworem
sterującym dopływem ścieków do sieci przewodów
podciśnieniowych,

•przykanalików

podciśnieniowych

(podłączeń

domowych do kanalizacji ulicznej),

•sieci

przewodów

podciśnieniowych

(kanałów

ulicznych) wraz z uzbrojeniem,

•zbiornika podciśnieniowego gromadzącego ścieki,
•stacji

pomp

próżniowych

utrzymujących

w

zbiornikach próżniowych i w sieci przewodów
wymagane podciśnienie,

•pompy ściekowej, tłoczącej ścieki ze zbiornika do
przewodów

grawitacyjnych

lub

ciśnieniowych,

prowadzących dalej do oczyszczalni ścieków,

•oczyszczalni ścieków.

Kanalizacja podciśnieniowa może być układem
dwuprzewodowym usuwającym oddzielnym układem
przewodów ścieki „czarne” z WC oraz innym układem
przewodów pozostałe ścieki z gospodarstw domowych.

Podstawową zaletą powyższego systemu jest
stosunkowo duża oszczędność wody na spłukiwanie
misek ustępowych. Miska ustępowa (nie różniąca się w
istotny sposób w swojej konstrukcji od
konwencjonalnej) połączona zostaje poprzez zawór z
siecią przewodów podciśnieniowych.

Po naciśnięciu przycisku następuje spływ tylko ok. 1,5
dm

3

wody i otwiera się zawór opróżniający, co

powoduję zasysanie powstałych nieczystości.

Przyjęcie układu dwuprzewodowego zależy przede
wszystkim od lokalnych warunków terenowych i
finansowych, ponieważ dwuprzewodowy system
kanalizacji podciśnieniowej wymaga wykonania
dwóch odrębnych układów instalacji wewnętrznej
oraz sieci zewnętrznej.

Bardziej praktycznym sposobem usuwania ścieków
jest

jednoprzewodowy

układ

kanalizacji

podciśnieniowej. Jednak w tym systemie nie ma
możliwości zaoszczędzenia wody przy spłukiwaniu
miski ustępowej.

W tym przypadku układ instalacji wewnętrznej nie
różni się zupełnie od powszechnie stosowanego do
współpracy z siecią grawitacyjną.

Poszczególne przybory sanitarne są podłączone do
jednego

lub

kilku

pionów

kanalizacyjnych

wyprowadzonych ponad dach i zakończonych rurą
wywiewną. Piony wprowadzone są do poziomych
przewodów

odpływowych.

W

tym

fragmencie

wewnętrznej instalacji nie wymaga się absolutnej
szczelności.

Istotna różnica występuje przy projektowaniu
przykanalika.

Ścieki z poszczególnych przyborów sanitarnych
spływają

pionami

do

poziomych

przewodów

odpływowych, na których montuje się urządzenia
sterujące

otwieraniem

i

zamykaniem

zaworu

opróżniającego.

Otworzenie lub zamknięcie zaworu następuje w
zależności od ilości ścieków zgromadzonych w
przewodzie odpływowym, a dokładnie od wysokości
słupa spiętrzonych ścieków. Urządzenie sterujące
może być montowane na przewodzie odpływowym w
piwnicy lub też na zewnątrz budynku w specjalnie do
tego celu wykonanej studzience.

Układ sterujący usuwaniem ścieków z budynku do
sieci zewnętrznej jest urządzeniem otwierającym
zawór

w

zależności

od

poziomu

ścieków

zgromadzonych w przewodzie odpływowym.

Na przewodzie instaluje się rewizję umożliwiającą
usunięcie dużych części stałych, będących przyczyną
niecałkowitego zamknięcia zaworu (co wpływa na
nieprawidłową pracę całej sieci podciśnieniowej).

Lepszym rozwiązaniem jest wyeliminowanie
bezpośredniego łączenia wewnętrznej instalacji
kanalizacyjnej z siecią zewnętrzną, co uzyskuje się
przez zastosowanie studzienki zbiorczej na zewnątrz
budynku.

Ścieki spływają do niej grawitacyjnie, a cała
konstrukcja instalacji wewnętrznej nie różni się od
tradycyjnie wykonywanych w budynkach.

Studzienka zbiorcza może być zrobiona z typowych
elementów do budowy studzienek rewizyjnych,
stosowanych w sieci grawitacyjnej.

W studzience zbiorczej zamontowane jest urządzenie
sterujące, zawory oraz odpowiedni układ przewodów
połączonych z siecią podciśnieniową.

Takie rozwiązanie ma dodatkowo tę zaletę, że
zmniejsza się liczbę zaworów oraz połączeń z siecią
zewnętrzną, gdyż można do jednej studzienki
zbiorczej kierować ścieki z kilku sąsiednich budynków

Obliczenia hydrauliczne

Podstawowe elementy obliczeń hydraulicznych to:

•natężenie przepływu ścieków,
•liniowe straty ciśnienia,
•kryterium rozruchu
•objętość czynną zbiorników próżniowych.

Natężenie objętościowe przepływu ścieków na
poszczególnych odcinkach sieci można określić ze
wzoru:

86400

)

(

h

d

i

L

N

qnmN

Q



gdzie:

Q

L(i)

- przepływ na i-tym odcinku sieci, dm

3

/s;

q - jednostkowa dobowa ilość ścieków od
jednego
mieszkańca, dm

3

/(M·d);

n - liczba mieszkań przyłączonych do i-tego
odcinka sieci;
m - średnia liczba mieszkańców w mieszkaniu;
N

d

, N

h

- współczynniki nierównomierności dobowej i

godzinowej.

Liniowe straty ciśnienia określa się wg
zmodyfikowanego wzoru Szewieliewa:

774

,

1

)

(

774

,

4

001052

,

0

i

L

w

i

i

Q

D

L

h





gdzie:

h

i

- strata liniowa na i-tym odcinku przewodu, m;

L

i

- długość i-tego odcinka, m;

Kryterium rozruchowe (całkowitego podciśnienia
statycznego trasy przewodu) ma postać:









n

i

zw

S

kr

H

H

H

1

gdzie:

H

kr

- całkowite podciśnienie statyczne trasy przewodu

(kryterium
rozruchowe), m;
H

s

- wysokość podciśnienia ssania w najdalszym

punkcie trasy, m; H

zw

- wysokość zamknięcia wodnego,

m.

Objętość czynną zbiornika próżniowego określa
zależność:

3

10

4





T

Q

V

p

zp

gdzie:

V

zp

- objętość czynna zbiornika próżniowego, m

3

;

q

p

- wydajność dobranej pompy przy ciśnieniu

roboczym, dm

3

/s;

T - cykl pracy, s.

Wysokość położenia sieci podciśnieniowej powinna
być taka, żeby rzędna najwyższego punktu profilu
przewodu podciśnieniowego nie była wyższa od
rzędnych terenu przy studzienkach zbiorczych i w
lokalnych studzienkach kanalizacyjnych.

Zaleca się, by sieć przewodów podciśnieniowych była
usytuowana

poniżej

otwartych

wlotów

kanalizacyjnych, w tym zwłaszcza najniżej położonych
przyborów sanitarnych w piwnicach budynków.

Rozwiązanie takie umożliwia samozalewanie sieci
podciśnieniowej przy chwilowym podpiętrzeniu
ścieków w grawitacyjnej części systemu — bez
zagrożenia podtopienia budynku i terenu.

Rury i obiekty sieci kanalizacji

podciśnieniowej

W systemie kanalizacji podciśnieniowej należy stosować
rury z tworzyw sztucznych, tj. polichlorku winylu (PVC)
lub termoplastycznego polistyrenu (ABS), ponieważ są
to materiały o stosunkowo małej chropowatości (małe
straty liniowe), które pozwalają na uzyskanie bardzo
szczelnych połączeń całkowicie zapobiegających
infiltracji wody oraz eksfiltracji ścieków.

Całkowicie szczelne połączenia uzyskuje się poprzez
zgrzewanie, klejenie lub kielichowe łączenie na wcisk ze
stosowaniem uszczelek gumowych.

Do zmiany kierunku przepływu ścieków należy stosować
trójniki lub kształtki obejściowe z zaworami. Ich
zainstalowanie jest konieczne przy podłączaniu
odgałęzień do głównych kolektorów.

Centralnym obiektem podciśnieniowej sieci kanalizacji
jest próżniowa stacja zbiórcza.

Studzienka zbiorcza współpracująca z
kanalizacją podciśnieniową

l — studzienka zbiorcza, 2 — dopływ
ścieków,
3 — przewód podciśnieniowy, 4 — zawór
rewizyjny,
5 — zawór, 6 — zawór zwrotny, 7 —
włącznik otwierający zawór, 8 — wyłącznik,
9 — zabezpieczenie

Studzienki zbiorcze lokalizowane są na granicy
wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych i sieci
zewnętrznej. Zbierają one ścieki spływające z jednego
lub kilku domostw przykanalikami grawitacyjnymi.

Ze studzienek tych ścieki są zasysane przyłączami do
zewnętrznej sieci podciśnieniowej okresowo, w wyniku
działania — odpowiednio sterowanych — zaworów
opróżniających.

Studzienka zbiorcza współpracująca z kanalizacją
podciśnieniową

l — studzienka zbiorcza, 2 — dopływ ścieków, 3 — przewód
podciśnieniowy, 4 — zawór rewizyjny, 5 — zawór, 6 — zawór zwrotny, 7
— włącznik otwierający zawór, 8 — wyłącznik, 9 — zabezpieczenie