Wpływ składu ścieków na pracę instalacji kanalizacyjnych i pompowni
Wpływ składu ścieków na pracę instalacji kanalizacyjnych i pompowni; źródło: Kessel
W ostatnich latach skład naszych ścieków bardzo się zmienił, a pompowanie ścieków surowych staje się coraz większym wyzwaniem dla zakładów wodno-kanalizacyjnych. Jest to zjawisko powszechnie obserwowane nie tylko w Polsce, ale i całej Europie oraz na świecie. Przyczyn nowych trudności eksploatacyjnych jest kilka, jedne z nich wynikają z pozytywnych działań na rzecz oszczędzania wody, a inne z braku przestrzegania zasad korzystania z kanalizacji. Jednym z czynników wpływających na skład ścieków są nawet zmiany demograficzne.
Zobacz także
Wilo Polska Sp. z o.o., mgr inż. Filip Pogorzelski Specjalista ds. technicznych Przepompownie ścieków. Problematyka i rozwiązania
Przyobiektowe przepompownie są stosowane wszędzie tam, gdzie nie ma możliwości podłączenia do grawitacyjnego systemu odprowadzania ścieków, ze względu na ukształtowanie terenu, wysoki poziom wód gruntowych,...
Przyobiektowe przepompownie są stosowane wszędzie tam, gdzie nie ma możliwości podłączenia do grawitacyjnego systemu odprowadzania ścieków, ze względu na ukształtowanie terenu, wysoki poziom wód gruntowych, niższe posadowienie wyjścia kanalizacji w stosunku do kolektora sieci kanalizacji lub znaczne oddalenie od miejsca zrzutu ścieków.
Dräger Safety Polska Sp. z o.o. Rozwiązania Dräger dla oczyszczania ścieków
Uzdatnianie wody: Dräger zapewnia rozwiązania w ramach poszczególnych etapów uzdatniania wody, czyli oczyszczania, usuwania osadów, filtracji, dezynfekcji i dystrybucji na potrzeby komunalne oraz przemysłowe....
Uzdatnianie wody: Dräger zapewnia rozwiązania w ramach poszczególnych etapów uzdatniania wody, czyli oczyszczania, usuwania osadów, filtracji, dezynfekcji i dystrybucji na potrzeby komunalne oraz przemysłowe. Oczyszczanie ścieków: Dräger wspiera cały cykl pracy systemów kanalizacji oraz oczyszczalni ścieków, które zbierają, oczyszczają, transportują i usuwają ścieki komunalne oraz przemysłowe. Odsalanie: to różnego rodzaju metody wykorzystywane do usuwania soli oraz innych minerałów ze słonej...
ROTH POLSKA Sp. z o.o. Biologiczne przydomowe oczyszczalnie ścieków ROTH MICRO-STEP TWINBLOC
Oczyszczalnie ścieków ROTH MICRO-STEP TWINBLOC znajdują zastosowanie, jeśli istnieje potrzeba odprowadzenia ścieków bytowych z gospodarstw domowych, a nie ma możliwości wybudowania centralnej lub lokalnej...
Oczyszczalnie ścieków ROTH MICRO-STEP TWINBLOC znajdują zastosowanie, jeśli istnieje potrzeba odprowadzenia ścieków bytowych z gospodarstw domowych, a nie ma możliwości wybudowania centralnej lub lokalnej oczyszczalni ścieków lub koszty inwestycji sieci kanalizacyjnej na terenach oddalonych od aglomeracji miejskich są zbyt wysokie.
Czynniki „ekologiczne” i demograficzne
Powszechne dążenie do oszczędzania zasobów naturalnych, w tym wody, realizowane jest m.in. poprzez opomiarowanie zużycia wody, specjalne wylewki z perlatorami pozwalające na jej mniejsze zużycie czy dwustopniowe spłuczki WC, które także mają zredukowaną pojemność. O ile zużycie wody znacznie spadło w stosunku do poziomu sprzed 20–30 lat, to ładunek ścieków przypadający na jednego mieszkańca, jaki trafia do kanalizacji, się nie zmniejszył. Tym samym ścieki są bardziej zagęszczone, co może sprawiać kłopoty eksploatacyjne na newralgicznych odcinkach instalacji i sieci kanalizacyjnych. Problemy te nie są jednak głównymi zmartwieniami, gdyż zapobiegają im optymalnie dobrane do ilości ścieków średnice i kształtki przewodów w instalacjach oraz spadki. A gdy ścieki nieobarczone dodatkowym ładunkiem niedozwolonych ciał stałych trafiają do pompowni, radzą sobie z nimi pompy o wirnikach skonstruowanych tak, że ryzyko zatorów jest ograniczone.
Innym źródłem problemów eksploatacyjnych w kanalizacji, coraz częściej zgłaszanym np. u naszych zachodnich sąsiadów, jest wyodrębnianie instalacji wody pitnej i szarej do spłukiwania. Spłukiwanie deszczówką wymaga starannego wykonania instalacji, tak aby wyeliminować ryzyko gromadzenia się w wodzie deszczowej jakichkolwiek ciał stałych, zwłaszcza włókien podczas bezdeszczowej pogody. Gdy występują intensywne opady, materiał stały zgromadzony na powierzchniach zbierających wodę opadową trafia wraz z wodą do spłukiwania do instalacji kanalizacyjnej. O ile nie stanowi on dużego problemu na początkowym etapie sieci, jego ilość wzrasta podczas ulew na dalszych odcinkach i powoduje utrudnienia w pracy pomp, a nawet ich blokowanie.
Kolejną kwestią są czynniki demograficzne – budynki i osiedla zamieszkałe przez młodych ludzi z dziećmi oraz osoby w podeszłym wieku. W ostatnich dekadach doszło bowiem do znacznej zmiany w stosowaniu środków higienicznych i powszechnie używane są jednorazowe pieluchy. Trafiają one niestety także do kanalizacji i powodują zatory w przewodach i kanałach oraz warkocze na wirnikach pomp w pompowniach. Nie można tu pominąć również wkładek higienicznych, prezerwatyw i patyczków kosmetycznych – są one w ściekach codziennością i zakłady wodno-kanalizacyjne walczą z nimi od dziesięcioleci.
Rys. 1. Separator tłuszczu do swobodnego ustawienia w budynku; 1 – dopływ/przewód wentylacyjny, 2 – wpusty i odpływy ze stali nierdzewnej, 3 – separator tłuszczu, 4 – urządzenie do napełniania, 5 – okienko wziernikowe, 6 – przewód opróżniania, 7 – odpływ, 8 – urządzenie do pobierania próbek, 9 – podłączona za separatorem przepompownia hybrydowa. Rys. Kessel
Odpadki z kuchni
Inną grupę odpadów stanowią ciała stałe i płynne z kuchni – resztki pokarmów, tłuszcze i oleje spożywcze. Wpływają one negatywnie nie tylko na drożność kanalizacji i procesy w oczyszczalni, powodują też wysokie ryzyko przyciągania gryzoni. W kanalizacji dochodzi do takiego nagromadzenia osadów tłuszczy spożywczych i resztek jedzenia, że w dużych aglomeracjach żerują na nich populacje szczurów nawet parokrotnie przewyższające liczbę mieszkańców.
Spore problemy eksploatacyjne powodują także zakłady gastronomiczne, restauracje, bary i stołówki nieprzestrzegające zasad odprowadzania ścieków, a zwłaszcza niestosujące separatorów tłuszczy. Wprawdzie nie zawsze jest to dla gastronomii obowiązkowe, ale ścieki z tłuszczem potrafią przysporzyć sporo problemów. Tłuszcz wpływa m.in. na szybsze zagniwanie ścieków i obniżenie ich pH, co sprzyja korozji sieci przewodów kanalizacyjnych. Schłodzony tłuszcz przylega do ścian przewodów, a do niego przyklejają się inne zanieczyszczenia stałe – powoduje to redukcję prześwitu rur i tworzenie się zatorów.
Czytaj też: Odprowadzanie ścieków w zgodzie z mechaniką płynów »
Znane są przypadki, że tłuszcz tworzył w kanalizacji gigantyczne zatory – np. w Londynie korek z tłuszczu i pieluch oraz chusteczek nawilżanych miał 250 m długości i ważył 130 ton [5]. Skłoniło to władze miasta do rozpoczęcia specjalnej akcji uświadamiania mieszkańców, a samego „winowajcę” przetworzono na 10 tys. litrów biodiesla. Tłuszcze skutecznie wychwytywane są przez separatory.
Odpadki remontowe, chemikalia i leki
Kolejną grupę zanieczyszczeń stanowią pozostałości po remontach i malowaniu: resztki farb, lakierów, rozpuszczalników i innych chemikaliów. Bardzo negatywnie wpływają one na oczyszczanie ścieków – po prostu zabijają technologie biologiczne stosowane w oczyszczalniach. Podobnie działają leki wrzucane do kanalizacji; zawarte w nich składniki aktywne rozpuszczają się w ściekach i nie można ich całkowicie usunąć w oczyszczalniach. Zanieczyszczają następnie wody powierzchniowe i gruntowe, zagrażając zaopatrzeniu w wodę pitną. Do kanalizacji trafiają nawet: żwirek dla kotów, drobny gruz, małe opakowania plastikowe, golarki jednorazowe czy niedopałki papierosów. Mało kto jest natomiast świadomy faktu, że średnica instalacji kanalizacyjnej wychodzącej z budynku ma przeciętnie 15–20 cm. Gdy znajdą się niej osady tłuszczu czy piasku, może ona zostać zatamowana nawet przez jedną dziecięcą pieluchę.
Największy wróg kanalizacji
Jednak najgroźniejsze z punktu widzenia służb eksploatacji pompowni i dbających o drożność kanałów jest wrzucanie do kanalizacji chusteczek nawilżanych (do higieny intymnej, do twarzy, dla niemowląt, czyszczących) i ręczników jednorazowych. Chusteczki nawilżane i ściereczki oraz ręczniki nie rozkładają się w kanalizacji tak jak papier toaletowy i tworzą duże struktury przypominające warkocz. Z nim słabo sobie radzą nawet pompy ze specjalnymi wirnikami, które dotychczas nie miały problemów z pompowaniem ścieków zawierających torebki foliowe, podpaski, prezerwatywy, a nawet tkaniny. Wyniki badań przeprowadzonych w Berlinie [2] wykazały, że nawet niska zawartość materiałów włóknistych, z których wykonywane są chusteczki nawilżane, negatywnie wpływa na pracę systemów odprowadzania i oczyszczania ścieków. Już bardzo małe ilości takich materiałów włóknistych w 1 m3 ścieków – np. 2–4 chusteczki dla niemowląt – powodowały z czasem zatykanie się pomp.
Nie tylko zakłady wodno-kanalizacyjne domagają się bezwzględnego zakazu wrzucania do kanalizacji chusteczek nawilżanych i ręczników jednorazowych oraz tzw. pampersów, ale także organizacje ekologiczne – z uwagi na fakt, że produkty te w ponad połowie swojej suchej masy mają włókna polimerowe, czyli plastik, który nie tylko nie ulega rozpuszczeniu w wodzie, ale jego biodegradacja trwa dziesięciolecia. Trudno z tym wrogiem kanalizacji walczyć, gdyż chusteczki nawilżane uważane są za „delikatne” i „przyjazne dla środowiska”. Jednak dla kanalizacji są to zabójcy pomp, a dla środowiska i zasobów wodnych niebezpieczne źródło zanieczyszczeń nierozpuszczalnymi polimerami.
Chusteczki nawilżane są chętnie używane, gdyż są wygodne, pachną i umożliwiają szybkie oczyszczenie. Lekarze ostrzegają jednak, że nie są one potrzebne do utrzymania higieny przez zdrowych ludzi. Co więcej, u wielu osób mogą powodować odczyny i reakcje alergiczne. Zwłaszcza zapachy i środki konserwujące mogą wywoływać niepożądane reakcje organizmów ludzkich, a regularne używanie chusteczek zwiększa ryzyko alergii kontaktowej. Co gorsza, swędzenie rzadko jest przypisywane chusteczkom i tym chętniej są one używane, co potęguje problem. Lekarze zalecają oszczędne stosowanie chusteczek nawilżanych, np. w nagłych przypadkach, podczas podróży i w higienie osób z ograniczoną sprawnością.
Wysokie koszty awarii powodowanych przez chusteczki nawilżane skłoniły wodociągi do prowadzenia akcji edukacyjnych dla swoich klientów. Na przykład wraz z rachunkami za wodę i ścieki otrzymują oni ulotki informacyjne dotyczące przyczyn awarii instalacji – zatykanych przez śmieci wrzucane przez mieszkańców do kanalizacji. Materiały te informują nie tylko o tym, czego nie wolno wrzucać do kanalizacji, ale też o tym, że zakłady będą podnosić ceny taryf za dostarczanie wody i odprowadzanie ścieków. Problem jest tak duży, że Niemieckie Stowarzyszenie ds. Wodociągów, Ścieków i Odpadów (DWA) wraz z innymi stowarzyszeniami i przedstawicielami przemysłu i nauki powołało grupę ekspercką, która zajmie się tym problemem na szczeblu europejskim. Zakazanie stosowania nawilżanych chusteczek jest niemożliwe, ale udaje się wprowadzać obowiązek takiego ich oznakowania przez producentów, by widoczna była informacja, że jest to materiał nierozpuszczalny, którego nie wolno wrzucać do kanalizacji.
Rys. 3. Widok noży w rozdrabniaczu pompy oraz pompy w trakcie eksploatacji – po wyjęciu widoczny brak warkoczy na nożach i tym samym na wirniku pompy Fot. Pentair Jung Pumpen
Pompy, pompownie i sieci
Podczas projektowania sieci oraz doboru pompowni należy wziąć pod uwagę także charakterystykę budynków, co pozwoli wyeliminować potencjalne problemy eksploatacyjne wynikające z kultury używania kanalizacji. Ta bowiem, jak pokazuje praktyka, może powodować konieczność zwiększenia nakładów finansowych na udrażnianie, naprawy i serwisowanie.
Obok stosowania rozwiązań pozwalających radzić sobie z niedozwolonymi „dodatkami”, należy także zwracać uwagę na ryzyko zagniwania ścieków. Zagrożenie to jest wyższe w kanalizacji ciśnieniowej, w której ścieki mogą długo „wędrować”, zanim trafią do napowietrzonego odcinka grawitacyjnego. Ryzyko minimalizowane jest dzięki projektom sieci rozgałęzionej. Z kolei problem wrzucania do kanalizacji odpadów, zwłaszcza tych włóknistych, powodujących blokowanie pomp i zatykanie przewodów, ogranicza się, wyposażając każdy budynek podłączony do kanalizacji ciśnieniowej w oddzielną przydomową pompownię ścieków – tak aby można było wskazać jednoznacznie, kto jest odpowiedzialny za awarie i naprawy. Ten koszt inwestycyjny zwraca się w trakcie eksploatacji, gdyż koszty awarii ponosi ich sprawca, a nie odbiorca ścieków. Trudniej wytropić sprawcę awarii w kanalizacji grawitacyjnej. Podejmowano takie próby w Niemczech, ale okazało się, że winowajców było wielu i niełatwo udowodnić poszczególnym osobom, że to akurat ich odpady doprowadziły do awarii, z kolei monitorowanie małych odcinków poprzez sita i skratki jest trudne organizacyjnie i technologicznie oraz kosztowne.
Czytaj też: Wpusty ściekowe w budynkach »
Pozostaje zatem edukacja i odpowiednie pompy. Urządzenia do ścieków bez fekaliów pompują wody opadowe i drenażowe oraz ścieki szare. Do ścieków z fekaliami przeznaczone są pompy o specjalnych konstrukcjach wirnika. W przypadku pompowni podnoszących ścieki na duże wysokości przy małych wydajnościach optymalnym wyborem są pompy z rozdrabniaczem. Sprawdzają się też w pompowniach przydomowych oraz małych sieciach wiejskich.
Pompy typu vortex mają wprawdzie małą sprawność, ale dobrze radzą sobie z ciałami stałymi, włóknistymi i osadem. Z kolei pompy kanałowe mają wysoką sprawność i stosuje się je do przetłaczania dużej ilości ścieków lub wód opadowych. Sprawność pomp zależy m.in. od liczby i kształtu łopatek wirnika, jednak duża liczba łopatek i ich ukształtowanie zwiększające przepływy sprawiają, że ryzyko zatykania pompy przez ciała stałe rośnie. Z tego względu w pompach stosuje się swobodny przelot przez wirnik oraz łopatki o przestrzennej krzywiźnie ze specjalnie ukształtowaną krawędzią wlotową. Na pompowanie zużywa się nieco więcej energii, jest to jednak tańsze niż ciągłe udrażnianie pomp.
Na rynku znaleźć można również pompy z wirnikami śrubowo-odśrodkowymi. Dostępna jest też konstrukcja wirników z łopatkami o wklęsłej krawędzi wlotowej i odpowiednim ukształtowaniu przestrzennym, co daje duży przelot swobodny. Ochroną przed ciałami stałymi jest także konstrukcja pozwalająca na osiowe unoszenie się wirnika w celu zmniejszenia obciążenia wału, uszczelnień i łożysk w pompie. Stosuje się również rozdrabniacze materiałów włóknistych.
Nie wszystkie rozwiązania sprawdzające się wcześniej w pompach o swobodnym przepływie i elementach tnących radzą sobie w pełni skutecznie z nowym zjawiskiem, jakim są materiały włókniste. Zablokowanie pomp wymaga od służb eksploatacyjnych podniesienia lub demontażu pompy, oczyszczenia, a nawet wymiany. To z kolei powoduje nie tylko zatrzymanie przepływu ścieków, ale też bardzo wysokie koszty operacyjne. Wymaga także utrzymywania stałej ekipy i sprzętu specjalistycznego do podnoszenia pomp i płukania przewodów.
O niezawodności pracy pomp decyduje zatem odporność wirnika na zagrożenie zablokowania elementami stałymi, zwłaszcza włóknistymi, które trafiają do ścieków. Na problemy związane z wyrzucaniem do kanalizacji chusteczek nawilżanych odpowiedziało już paru producentów pomp i pompowni. Oferowane są np. pompy, w których system tnący wykonuje kilkaset tysięcy cięć na minutę i skutecznie rozdrabnia chusteczki nawilżane w systemach kanalizacji ciśnieniowej. System tnący znajduje się po stronie zewnętrznej, przed hydrauliką pompy, co zapewnia, że tylko rozdrobnione cząstki stałe dostaną się do jej wnętrza. System składa się z rotora tnącego i płyty tnącej, łącząc dwie metody cięcia. Płyta tnąca z hartowanej stali nierdzewnej oraz trójkątne ostrze rozdrabniają gruboziarniste zanieczyszczenia w ściekach, zanim zdołają się one przedostać do układu hydraulicznego pompy. Ciała stałe, które nie mogą być przenoszone do pompy, odrzucane są przez wirnik tnący na zewnątrz urządzenia. Specjalnie rozmieszczone rowki na płycie tnącej zapewniają dodatkowe bezpieczeństwo, ponieważ zespół tnący stale czyści się podczas pompowania.
O ile zatrzymanie pompy w przepompowni przydomowej nie stanowi ryzyka dla całego systemu, awaria w pompowniach zbiorczych tłoczących ścieki do oczyszczalni to sytuacja groźna, wymagająca natychmiastowych i skutecznych działań. Z tego względu większe pompownie wyposaża się w elementy redukujące ryzyko zapychania pomp, np. kraty i sita czyszczące oraz separatory zanieczyszczeń. Odbiorcy ścieków dokonują też zmian w pompach w dużych pompowniach. Stosowana wcześniej hydraulika pomp bardzo dobrze sobie radziła, jednak obecność w ściekach chusteczek nawilżanych wymusiła montaż urządzeń o innych rozwiązaniach. Na przykład w jednym z zakładów [6] przepompownia z przełomu lat 70. i 80. sprawnie odprowadzała ścieki z kanalizacji ogólnospławnej do oczyszczalni ścieków. Napływające zanieczyszczone ścieki były spiętrzane tak, aby zawarte w nich ciała stałe osadzały się i mogły być odessane za pomocą pompy odśrodkowej z wirnikami dwukanałowymi. Jednak wzrost ilości materiałów włóknistych w ściekach powodował blokady oraz awarie i zmusił operatora do zastosowania dodatkowej pompy wirowej o konstrukcji pionowej z hydrodynamicznym uszczelnieniem wału oraz ze specjalnym wirnikiem vortex wykonanym z żeliwa. Rozwiązanie to praktycznie wyeliminowało blokady pompy. Kilka lat eksploatacji tego urządzenia pozwoliło na zebranie nowych doświadczeń i zmianę konstrukcji wirnika na jeszcze bardziej odporną na zatykanie.
Zagniwanie ścieków
W pompowniach dochodzi także do problemów związanych z sedymentacją ścieków w dolnej strefie i powstawania kożucha tłuszczy, pod którym może się tworzyć strefa martwa, gdzie dochodzi do zagniwania ścieków. Temu zjawisku zapobiega taka praca pomp i konstrukcja wirników oraz dna pompowni, aby możliwe było maksymalne wzburzenie ścieków na dnie i podniesienie osadu do stref pomp oraz cykliczne mieszanie ścieków. Ich zagniwanie ma negatywne skutki dla materiałów, z których wykonuje się sieci i pompownie. Wysoką odporność na korozję siarczanową mają zbiorniki z tworzyw sztucznych i to z nich wykonuje się pompownie małe i średnie. Duże pompownie do kanalizacji tłocznej wykonywane są przeważnie z betonu polimerowego z powłokami ochronnymi i z laminatów.
Podsumowanie
Stosowane obecnie pompy wyposażane są w wiele rozwiązań zapobiegających ich zablokowaniu z powodu niewłaściwego składu ścieków. Są to m.in. funkcje sterowania pracą pomp oraz różne rodzaje wirników, a także technologie cięcia ciał stałych.
Literatura
- https://www.jung-pumpen.de/service/presse/presse-details/sieben-sichtweisen-auf-das-feuchttuecher-problem-in-abwasseranlagen.html
- https://www.umweltwirtschaft.com/news/wasser-und-abwasserbehandlung/Abwasser-Analyse-des-Verstopfungsverhaltens-von-Vliestuechern-im-Abwasser-19334
- https://www.swtenergie.de/unternehmen/presse/artikel/feuchttuecher-nicht-in-die-toilette/
- https://www.swrfernsehen.de/landesschau-rp/importe/migration/redaktion/article-swr-4920.html
- https://www.nw.de/nachrichten/panorama/21921753_Londoner-Fettberg-wird-in-Biodiesel-umgewandelt.html
- https://www.eggerpumps.com/Portals/0/pdfs/3013_de_Lippeverband_PW_Luenen_TA.pdf
- www.wodociagmarecki.pl
- https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/oczyszczanie-sciekow/46520,separatory-zawiesin-i-substancji-ropopochodnych
- Materiały firmy Pentair Jung Pumpen