Metody zmniejszania ładunku zanieczyszczeń w wodach opadowych

Zanieczyszczenia różnego rodzaju mogą oddziaływać na odbiornik ścieków opadowych inaczej i w zmiennym przedziale czasu. Na przykład metale ciężkie zakumulowane w osadach mogą wpływać na środowisko przez szereg lat. Poszczególne parametry jakości wód w przekroju rzeki mogą być zmieniane przez zrzut w okresie od jednej godziny do nawet ponad roku.

Tak długie zmiany jakości ścieków spowodowane są uwalnianiem się zanieczyszczeń z osadów kanalizacyjnych zrzucanych do odbiornika i sedymentujących częściowo na jego dnie.

Najistotniejszym wskaźnikiem zanieczyszczenia ścieków opadowych jest stężenie zawiesiny. Świadczy ono o obecności m.in. związków organicznych, metali ciężkich, bakterii, znacznej części zanieczyszczeń olejowych oraz o zjawiskach zachodzących na powierzchniach zawiesin – np. wymiana jonowa, proces katalizy z udziałem enzymów i katalizatorów mineralnych.

Newralgicznymi punktami w sieci kanalizacyjnej, które przyczyniają się w istotny sposób do pogorszenia stanu sanitarnego i czystości wód rzek, są m.in. wyloty kanałów deszczowych oraz burzowców.

Przepisy nakazują oczyszczanie wód opadowych odprowadzanych m.in. z zanieczyszczonych centrów miast, terenów przemysłowych, baz transportowych, parkingów itp. Reguluje to m.in. rozporządzenie w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi [13]. Podaje ono, kiedy wody opadowe nie mają wpływu na po­gorszenie jakości środowiska, a także ­określa sytuacje, w których stają się one ściekami:

§ 19.1. Wody opadowe i roztopowe ujęte w szczelne, otwarte lub zamknięte systemy kanalizacyjne pochodzące:

1) z zanieczyszczonej powierzchni szczelnej terenów przemysłowych, składowych, baz transportowych, portów, lotnisk, miast, budowli kolejowych, dróg zaliczanych do kategorii dróg krajowych, wojewódzkich i powiatowych klasy G, a także parkingów o powierzchni powyżej 0,1 ha, w ilości, jaka powstaje z opadów o natężeniu co najmniej 15 l na sekundę na 1 ha,

2) z zanieczyszczonej powierzchni szczelnej obiektów magazynowania i dystrybucji paliw, w ilości, jaka powstaje z opadów o częstości występowania jeden raz w roku i czasie trwania 15 minut, lecz w ilości nie mniejszej niż powstająca z opadów o natężeniu 77 l na sekundę na 1 ha,

– wprowadzane do wód lub do ziemi nie powinny zawierać substancji zanieczyszczających w ilościach przekraczających 100 mg/l zawiesin ogólnych oraz 15 mg/l węglowodorów ropopochodnych [13].

Wody opadowe i roztopowe o parametrach przekraczających podane powyżej wartości stanowią zagrożenie dla środowiska.

Ścieki opadowe z terenów zurbanizowanych są równie groźne jak ścieki bytowo-gospodarcze czy przemysłowe i niejednokrotnie nie ma możliwości oczyszczania w oczyszczalniach wszystkich rodzajów ścieków razem, szczególnie po deszczach nawalnych. Problem ten uwzględnia załącznik do dyrektywy 91/271/EWG dotyczącej oczyszczania ścieków komunalnych: Uwzględniając, że w praktyce jest możliwe budowanie systemów kanalizacyjnych i oczyszczalni w taki sposób, żeby ścieki były poddawane oczyszczaniu, np. podczas obfitych opadów deszczu, państwa członkowskie zdecydują o środkach lub metodach ograniczających zanieczyszczenia związane z przelewem wód burzowych. Środki te mogą uwzględnić szybkie, intensywne rozcieńczenie lub dobór odpowiedniego przepływu przy suchej pogodzie albo ustalenie pewnej dopuszczalnej liczby przelewów rocznie [14].

Dopuszczona liczba przelewów w ciągu roku została dokładnie podana w rozporządzeniu w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi: Ścieki z przelewów burzowych komunalnej kanalizacji ogólnospławnej mogą zostać wprowadzone do śródlądowych wód powierzchniowych płynących oraz przybrzeżnych, jeżeli średnia liczba zrzutów z poszczególnych przelewów nie jest większa niż 10 [13].

Sposoby ograniczenia zrzutu ładunku zanieczyszczeń do odbiorników

Wśród metod i technologii stosowanych w celu ograniczenia ilości zanieczyszczeń odprowadzanych do środowiska wodnego można wyróżnić [4, 7]:

• metody i technologie ograniczające przedostawanie się zanieczyszczeń do wód opadowych,
• rozwiązania odprowadzenia wód opadowych zgodne z naturalnym obiegiem wody w przyrodzie, pozostawiające wodę w miejscu opadu deszczu i wsiąkanie w grunt (skrzynki, komory drenażowe),
• metody i technologie podczyszczania wód opadowych,
• metody i technologie wspomagające te procesy.
•  

Do najprostszych działań w ramach pierwszej grupy należy zmniejszanie emisji zanieczyszczeń do atmosfery, sprzątanie powierzchni zlewni, optymalizacja zużycia i rodzaju stosowanych środków przeciwoblodzeniowych, dbałość o stan techniczny nawierzchni drogowych, sieci kanalizacyjnych i urządzeń sieciowych.

Obiekty i urządzenia inżynierskie stosowane do podczyszczania ścieków deszczowych wykorzystują głównie procesy sedymentacji, filtracji, flotacji oraz rozkładu biologicznego.

Sedymentacja ciał stałych charakteryzuje się dobrą sprawnością oczyszczania, ponieważ większość substancji szkodliwych osadza się na cząstkach zawiesin, a podczas ich opadania związane zostają również substancje rozpuszczone. Warunkiem skutecznej sedymentacji jest ruch laminarny przepływu wód deszczowych uzyskany poprzez odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne urządzeń sedymentacyjnych.

Filtracja skutecznie oczyszcza ścieki z substancji nierozpuszczalnych. W wyniku procesów fizyko-chemicznych, takich jak adsorpcja i wymiana jonowa, następuje również zatrzymanie substancji rozpuszczalnych w strefie gruntu rodzimego.

Przy wykorzystaniu procesu flotacji usuwane są z wody tłuszcze i oleje, które dzięki czystej powierzchni cząstek wykazują zdolność do autoflotacji i wypływają na powierzchnię wody. Natomiast ich emulsje charakteryzujące się określonym ładunkiem powierzchniowym wymagają dodatku chemikaliów stosowanych w procesie flotacji.

Proces koalescencji polega na nieodwracalnym łączeniu się małych cząstek oleju zdyspergowanych w roztworze w większe skupiska wskutek wzajemnych zderzeń, przez co można je usunąć mechanicznie.

Biologiczne oczyszczenie wód deszczowych uzyskuje się na ogół w powiązaniu z metodami mechanicznymi. Po przejściu wód deszczowych przez powierzchniowe warstwy gleby następuje tlenowy lub beztlenowy rozkład substancji rozpuszczalnych.

Taki sam skutek może być osiągnięty w warstwie osadu przy dnie zbiornika infiltracyjnego. Zorganizowane oczyszczanie biologiczne wód deszczowych może być przeprowadzone w stawach obsadzonych roślinnością z pasażami wegetacyjnymi. Obiekty takie są często uszczelniane względem podłoża. Przy podczyszczaniu substancje rozpuszczone w wodzie są częściowo rozkładane przez rośliny, zapewniając wysoką sprawność oczyszczania.

Dobór rozwiązania technicznego do podczyszczania ścieków deszczowych uzależniony jest od rodzaju odbiornika oraz stopnia wrażliwości i warunków przestrzennych zlewni. Poważną trudność w doborze sposobu oczyszczania ścieków deszczowych stanowi fakt, że nie można mówić o typowym składzie ścieków deszczowych.

Określenie stopnia zanieczyszczenia może się odbywać poprzez prognozowanie bądź na podstawie badań terenowych. Określenie składu ścieków deszczowych dzięki prognozowaniu jest bardzo trudne z powodu wielu różnorodnych czynników i zjawisk mających wpływ zarówno na ilość, jak i jakość odpływu ścieków z sieci kanalizacji deszczowej.

Stężenie zanieczyszczeń w ściekach opadowych ulega istotnym wahaniom w czasie trwania odpływu, zależnie od natężenia deszczu, wielkości i sposobu ukształtowania zlewni oraz zdolności retencyjnej sieci. W większości rozpatrywanych przypadków najbardziej zanieczyszczona bywa ,,pierwsza faza spływu”, a stężenie zanieczyszczeń osiąga wartości największe podczas początkowych 15–60 minut trwania odpływu.

Można ekstrapolować dane z podobnych zlewni. Należy jednak mieć świadomość, że ich wyniki są wiarygodne w zasadzie tylko dla konkretnego zakresu parametrów deszczu i jedynie dla badanej zlewni. Ekstrapolacja będzie więc zawsze obarczona ryzykiem błędu ze względu na specyficzne różnice w zagospodarowaniu zlewni.

Reasumując, nie ulega wątpliwości, że najpewniejszą metodą określania stopnia zanieczyszczenia ścieków deszczowych są badania terenowe.

Urządzenia inżynierskie służące do podczyszczania ścieków opadowych są szeroko stosowane. Mogą być one sytuowane w miejscu wprowadzania ścieków deszczowych do systemu kanalizacyjnego, na sieci kanalizacyjnej, jak również bezpośrednio przed odprowadzeniem ścieków do odbiornika lub gruntu [1].

W pierwszej grupie wyróżnić można urządzenia do podczyszczania ścieków deszczowych stosowane we wpustach ulicznych oraz koryta infiltracyjne. Na rynku można spotkać różne rozwiązania. Jako przykład można podać wpusty uliczne z osadnikiem, w których następuje trójstopniowa separacja zanieczyszczeń zawartych w ściekach ze spływów z powierzchni utwardzonych [1, 3, 8].

Innowacyjnym rozwiązaniem są wpusty uliczne EcoDrain z wkładem z preparowanej kory drzew iglastych z bakteriami tlenowymi oraz beztlenowymi żywiącymi się związkami ropopochodnymi. Urządzenia te oprócz usuwania zawiesiny pozwalają na separację związków ropopochodnych i metali ciężkich. Podczyszczanie ścieków odbywa się z wykorzystaniem procesów fizycznych, chemicznych oraz biologicznych [1, 3, 4].

Najczęściej stosowanymi w sieci kanalizacyjnej obiektami służącymi do podczyszczania ścieków deszczowych są osadniki i separatory. W przypadku tych pierwszych urządzeń w literaturze można się spotkać z podziałem na: osadniki konwencjonalne (poziome podłużne, poziome radialne, pionowe), wielostrumieniowe i wirowe [3, 4]. Praktycznie największe zastosowanie mają osadniki poziome oraz wirowe.

Działanie osadników podłużnych (o przepływie poziomym) opiera się na wydzieleniu zawiesiny podczas spowolnienia przepływu. Proces ten przebiega poprzez zwiększenie powierzchni przypadającej na jednostkę odprowadzanych ścieków. Zwiększenie efektu sedymentacji można uzyskać przez zastosowanie np. różnego typu deflektorów, wkładów wielostrumieniowych bądź specyficznych konstrukcji osadników wymuszających przepływ wirowy.

W osadniku wirowym oprócz siły grawitacji wykorzystuje się dodatkowo siłę odśrodkową. Ścieki deszczowe przewodem wlotowym wprowadzane są do osadnika stycznie do pobocznicy, co wymusza ruch wirowy. W miarę zwiększenia napływu ścieki wirują coraz intensywniej.

Osadniki oparte na formule wirowej poprzez wydłużenie drogi przepływu, przy zachowaniu jednocześnie niewielkiej powierzchni, pozwalają uzyskać porównywalne efekty zmniejszenia zawiesin przy 2–5-krotnie większych obciążeniach hydraulicznych. Ich podstawową wadą jest wypłukiwanie osadów do sieci kanalizacyjnej przy większych przepływach [1, 3, 4].

Wkłady wielostrumieniowe to system równoległych rur, płyt czy półek, zazwyczaj nachylonych do poziomu, dzięki którym głęboki strumień ścieków poddanych procesowi sedymentacji ulega podzieleniu na wiele płytkich strumieni, płynących równolegle w oddzielnych przewodach sedymentacyjnych. Przewody te stanowią w istocie odrębne osadniki o wielokrotnie skróconej w stosunku do osadnika konwencjonalnego drodze opadania zawiesin.

W osadnikach tych występuje tzw. zjawisko płytkiej sedymentacji. Efekt działania osadników zwiększa się w warunkach idealnych proporcjonalnie do zwiększenia powierzchni sedymentacyjnej.

Separatory stosowane są najczęściej w miejscach, gdzie sieć kanalizacyjna odbiera wody zawierające zanieczyszczenia substancjami ropopochodnymi. Są to tereny m.in.: stacji benzynowych, baz przeładunkowych, dużych powierzchni parkingowych, myjni samochodowych, warsztatów naprawczych. W praktyce stosowane są separatory lamelowe lub koalescencyjne.

Pierwsze z nich są separatorami grawitacyjnymi, których działanie sprowadza się do rozdziału substancji o różnej gęstości z wykorzystaniem siły grawitacji. Krople lekkich cieczy gromadzą się na powierzchni ścieków deszczowych. Według danych literaturowych oraz opinii producentów dzięki zastosowaniu tych urządzeń możliwe jest usunięcie 95% substancji ropopochodnych [3].

Separatory koalescencyjne znalazły zastosowanie przy oczyszczaniu ścieków bardzo zanieczyszczonych, z dużą zawartością związków ropopochodnych. W urządzeniach tych oprócz flotacji grawitacyjnej zachodzi proces koalescencji. W porównaniu z separatorami lamelowymi są bardziej czułe i pozwalają na obniżenie stężenia substancji ropopochodnych poniżej 5 mg/l [3].

Separatory należy skutecznie zabezpieczyć, wyposażając je w automatyczne zamknięcia odcinające dopływ do urządzenia po wypełnieniu komory olejowej, ważne również dla normalnej pracy urządzenia, ponieważ podczas wystąpienia deszczów nawalnych i przy wypełnionej komorze olejowej może wystąpić wylanie się odseparowanych olejów i wprowadzenie do odbiornika znacznego ładunku tych zanieczyszczeń. Separator może stanowić wówczas większe zagrożenie niż urządzenie chroniące środowisko.

W celu odprowadzania i podczyszczania ścieków deszczowych z powierzchni drogowych i parkingów producenci niektórych urządzeń separacyjnych stosują zewnętrzne obejście przepływu, uniemożliwiające przeciążenie hydrauliczne separatora. Rozwiązanie to pozwala na oczyszczenie pierwszej, najbardziej zanieczyszczonej fali spływu deszczowego oraz odprowadzenie ścieków o mniejszym stężeniu zanieczyszczeń występujących w dalszej fazie opadu z pominięciem separatora.

Krawędź przelewu urządzenia należy zlokalizować na poziomie zapewniającym odprowadzenie do separatora ścieków deszczowych spowodowanych opadem o natężeniu co najmniej 15 l/s, ha. Obejście separatora nie może być stosowane w urządzeniach podczyszczających ścieki deszczowe odprowadzane z terenu zagrożonego skażeniem substancjami ropopochodnymi, np. ze stacji paliw, warsztatów naprawczych, baz samochodowych itp.

Pasaż roślinny może być stosowany do oczyszczania wód deszczowych z niewielkich odwadnianych powierzchni zanieczyszczonych głównie substancjami rozpuszczonymi. Jest to odpowiednio ukształtowany teren obsadzony gęstą roślinnością wodolubną.

Pasaż roślinny może skutecznie oczyszczać wody deszczowe, szczególnie w okresie letnim, dzięki procesom tlenowym i beztlenowym rozkładu zanieczyszczeń, filtracji wody przez filtr gruntowy i procesom adsorpcji zanieczyszczeń przez cząstki gruntu zachodzącym w ożywionej warstwie gruntu i roślinności. Woda deszczowa doprowadzona do pasażu roślinnego przepływa w kierunku poziomym po jego powierzchni i odpływa do odbiornika lub urządzeń odprowadzających wodę do gruntu.

W przypadku dużych odwadnianych powierzchni, z których odpływające wody deszczowe mają zarówno zanieczyszczenia rozpuszczone, jak i w postaci zawiesiny, można stosować stawy sedymentacyjne – zbiorniki ziemne retencyjne i oczyszczające obsadzone roślinnością. Ich działanie polega na usuwaniu z wód deszczowych zawiesin poprzez sedymentację i innych zanieczyszczeń w rezultacie ich tlenowego i beztlenowego rozkładu w warstwie gruntu ożywionego oraz roślinności.

Wśród metod i technologii ograniczających przedostawanie się zanieczyszczeń do wód opadowych i podczyszczanie wód opadowych wymienia się:

• budowanie zbiorników retencyjnych zmniejszających krotność działania przelewów,
• projektowanie przelewów burzowych o specjalnej konstrukcji, czyli zapewniających ograniczenie częstotliwości i poprawę jakości zrzutu ścieków przelewających się do odbiornika,
• projektowanie właściwych spadków dna przelewów burzowych w celu zapobieganiu odkładaniu się w nich osadów w czasie bezdeszczowej pogody,
• zapobieganie podtopieniom kanałów w miejscach połączeń dla uniknięcia lokalnego nagromadzenia osadów kanalizacyjnych,
• zapewnienie minimalnego spadku kanału w celu ochrony przed gromadzeniem się osadów w kanale,
• lokalizowanie, jeśli jest to możliwe, ostatniego przelewu za osadnikami wstępnymi w oczyszczalni ścieków,
• łączenie przelewów ze zbiornikami retencyjnymi w taki sposób, by ścieki przelewały się przez pierwszy przelew z kanału do zbiornika, a dopiero po wypełnieniu zbiornika przez umieszczony w nim przelew do rzeki.

Pomimo wyraźnych tendencji do budowy systemów kanalizacji rozdzielczej w wielu dużych miastach w Polsce i Europie funkcjonują systemy ogólnospławne wyposażone w przelewy burzowe, które projektowane i budowane były na początku ubiegłego stulecia z uwzględnieniem wówczas panujących warunków. W związku z tym konieczne jest podejmowanie działań zmniejszających uciążliwość przelewów burzowych dla środowiska przyrodniczego.

Najprostszym rozwiązaniem jest ich projektowanie w taki sposób, by zapewnić odpowiednie rozcieńczenie ścieków przelewających się przez koronę przelewową w momencie zadziałania urządzenia.

Przykładem przelewu burzowego o specjalnej konstrukcji umożliwiającego podczyszczanie ścieków deszczowych bezpośrednio przed odprowadzeniem ich do odbiornika są przelewy z zakrzywioną koroną, czyli hydroseparatory, które zostaną omówione poniżej w szerszym zakresie.

Przelewy burzowe o zakrzywionej koronie – hydroseparatory

Hydroseparatory w porównaniu do tradycyjnych przelewów burzowych działają z wykorzystaniem ruchu wirowego, a nie prostoliniowego. Urządzenia te oprócz regulacji natężenia przepływu umożliwiają usuwanie zanieczyszczeń ze ścieków deszczowych dzięki procesowi sedymentacji z wykorzystaniem siły grawitacji i siły odśrodkowej.

Działanie hydroseparatorów opiera się na wydłużeniu czasu przepływu przez urządzenie, co pozwala na oddzielenie zanieczyszczeń stałych, głównie zawiesiny mineralnej. Części stałe przemieszczają się do strefy przyściennej, gdzie zachodzi sedymentacja i flotacja, w wyniku czego wyodrębnione zostają dwie strugi ścieków.

Pierwsza z nich, charakteryzująca się mniejszą zawartością zawiesiny, odprowadzana jest do odbiornika, druga, bardziej zanieczyszczona, kierowana jest do oczyszczalni ścieków [6, 7].

Wymiarowanie przelewów burzowych z zakrzywioną koroną opiera się na badaniach modelowych. Przy skalowaniu modelu należy zachować tę samą liczbę Froude’a. Model powinien być dostatecznie duży, żeby zachowane były warunki ruchu burzliwego, co pozwoli pominąć współczynnik kinematycznej lepkości oraz opory ruchu.

Do skalowania modelu należy wybrać zawiesinę o prędkości opadania równej prędkości opadania zawiesiny rzeczywistej pomnożonej przez skalę modelu podniesioną do potęgi –0,5, co wynika z zasady utrzymania stałej liczby Froude’a.

Skuteczność usuwania zanieczyszczeń w hydroseparatorze zależy od:

• dopływu do hydroseparatora,
• jednostkowego obciążenia,
• prędkości opadania cząstek,
• prędkości przepływu ścieków,
• średnicy komory wirowej,
• średnicy rury wlotowej,
• wysokości korony przelewowej,
• lepkości kinematycznej [6].

Historia separatorów wirowych sięga lat 60. minionego wieku. Pierwszy hydroseparator typu Vortex zainstalowano w 1987 r. w niemieckim Tengen. W literaturze można spotkać różne rozwiązania przelewów z zakrzywioną koroną, przykładem jest hydrosepartor SWIRL skonstruowany w latach 70. w Lancaster w Anglii (rys. 1). Charakterystyczną cechą tego urządzenia było celowe przewymiarowanie pewnych części, które jednak nie dało zadowalających efektów.

Poszukując optymalnego rozwiązania, skonstruowano przelew burzowy Storm King („król burz”) wykorzystujący ruch wirowy (rys. 2). Chociaż rozwiązanie to charakteryzowało się podobną budową i działaniem jak SWIRL, podstawową różnicę stanowiła krawędź przelewowa, która w „królu burz” byłą krawędzią wewnętrzną, a nie jak w poprzednim rozwiązaniu zewnętrzną.

Obecnie na rynku oferowane są udoskonalone wersje przedstawionych powyżej rozwiązań, np. hydroseparator Storm King z dwiema studzienkami kontrolnymi: wlotową i wylotową (rys. 3). Działanie tego urządzenia jest odmienne w czasie pogody deszczowej i bezdeszczowej.

Gdy jest sucho, ścieki ze studzienki wlotowej kierowane są poprzez obejście do studzienki wylotowej z zaworami kontrolującymi przepływ w hydroseparatorze. W pogodę deszczową po osiągnięciu odpowiedniego poziomu ścieki ze studzienki wlotowej kierowane są do hydroseparatora, gdzie oddzielane są zanieczyszczenia stałe.

Następuje przepływ dwóch strug: zewnętrznej, bardziej zanieczyszczonej, przemieszczającej się w kierunku dna urządzenia oraz wewnętrznej, zawierającej mniej zanieczyszczeń, która z dużą prędkością wiruje ku górze urządzenia.

Po nagromadzeniu odpowiedniej ilości ścieków we wnętrzu hydroseparatora następuje przelanie strugi do komory wewnętrznej. Znajdujące się w niej ekrany obrotowe intensyfikują proces separacji. Osadzające się na dnie zanieczyszczenia stałe odprowadzane są do studzienki wylotowej, a następnie do oczyszczalni ścieków. Oczyszczone ścieki odprowadzane są do odbiornika [8].

Obliczanie efektywności działania hydroseparatora

Przedstawione w artykule obliczenia redukcji ładunku zanieczyszczeń odprowadzanego przez przelewy burzowe przy zastosowaniu separatora wirowego mają charakter przybliżony i nie są obliczeniami analitycznymi, a jedynie metodologicznymi. Wykorzystano w nich wielkość strumienia ścieków dopływających do jednego z przelewów burzowych funkcjonujących w systemie odprowadzania ścieków Krakowa. Wartość ta została przyjęta z modelu hydraulicznego sieci kanalizacyjnej tej jednostki osadniczej.

Z uwagi na brak danych dotyczących składu granulometrycznego oraz stężenia zawiesiny w ściekach pochodzących z Krakowa większość wartości potrzebnych do obliczeń przyjęto w oparciu o dane literaturowe.

Obliczenia prowadzone były według następującego schematu:

1. skład granulometryczny zawiesiny przyjęto na podstawie wyników badań składu granulometrycznego zawiesiny w próbkach opadu deszczu pobranych ze stanowisk pomiarowych w Strzelnie (woj. dolnośląskie) i Kietrzu (woj. opolskie) opisanych w publikacji [8]. Na rys. 4 przedstawiono rozkład wielkości cząstek występujących w próbce badanego opadu;
2. stężenie zanieczyszczeń w ściekach przyjęto wg danych literaturowych, na podstawie tabeli 1;
3. procent zanieczyszczeń związanych z poszczególnymi frakcjami zawiesiny w ściekach opadowych przyjęto na podstawie tabeli 2 [8];
4. dla przyjętego stężenia zawiesiny ogólnej i danego przepływu obliczono ładunek zanieczyszczeń, korzystając z równania:

Obliczanie procentowej redukcji zanieczyszczeń

Do obliczania procentowej redukcji zanieczyszczeń przyjęto procent usuwania zawiesiny na podstawie analizy wyników badań modelowych hydroseparatora przeprowadzonych w Politechnice Krakowskiej oraz analizy zagadnienia w literaturze. Wyniki badań przeprowadzonych na modelu hydroseparatora Vortex przedstawiono na rys. 5.

Ponieważ w badaniach wykorzystywano wyłącznie piasek kwarcowy, przyjęte do obliczeń wartości redukcji zawiesiny lekko odbiegają od wynikających z rys. 5. Obliczenia wykonano w układzie wariantowym.

W pierwszym wariancie zmieniana była wielkość strumienia ścieków kierowanych do hydroseparatora (Q₁, Q₂, Q₃) przy zachowaniu stałego stężenia zawiesiny ogólnej w ściekach S_za = 500 g/m³. W tabeli 3 oraz na rys. 6 przedstawiono wyniki obliczeń ładunku zanieczyszczeń dla przyjętego dopływu ścieków.

W drugim wariancie, utrzymując stałą wartość strumienia ścieków dopływających do hydroseparatora, przyjmowano różne wartości stężenia zawiesiny [1]. Na wykresie przedstawiono wartość ładunku poszczególnych zanieczyszczeń usuniętego w hydroseparatorze, w przypadku gdy: S_za = 50 g/m³ (rys. 7), S_za = 500 g/m³ (rys. 8) i Sza = 5000 g/m³ (rys. 9).

Przeprowadzone obliczenia potwierdzają przydatność hydroseparatorów jako urządzeń umożliwiających podczyszczanie ścieków opadowych. Przy zastosowaniu separatorów wirowych możliwe jest uzyskanie redukcji poszczególnych zanieczyszczeń skojarzonych z zawiesiną, takich jak ChZT, BZT5, azot ogólny czy ołów, na poziomie ok. 45–55% w zależności od rodzaju zanieczyszczenia.

Podsumowanie

Zachowanie wymagań jakościowych dotyczących ścieków deszczowych, wynikających z obowiązujących przepisów i potrzeby spełnienia zasad zrównoważonego rozwoju, narzuca konieczność ich oczyszczania. Pomimo że głównym zanieczyszczeniem ścieków deszczowych jest zawiesina, w większości mineralna, stosowanie procesu sedymentacji w takich urządzeniach jak osadniki i piaskowniki nie zapewnia odpowiedniego efektu ich oczyszczania.

Stosowane do podczyszczania ścieków opadowych urządzenia charakteryzują się odmienną sprawnością działania w odniesieniu do różnych rodzajów zanieczyszczeń. Przy ich doborze należy wnikliwie analizować charakterystykę jakościową wód deszczowych oraz wymagania stawiane oczyszczonej wodzie deszczowej.

Trwają poszukiwania jeszcze skuteczniejszych rozwiązań, a jednym z nich, jak wykazały badania modelowe w warunkach laboratoryjnych, może być hydroseparator, którego walorem poza efektywnością działania jest niewielka zajmowana powierzchnia terenu i wymiary.

Literatura

1.  Bartkowska I., Analiza porównawcza jakości spływów deszczowych z terenu miasta Białegostoku, materiały sympozjum pt. „Podczyszczanie wód opadowych. Wymagania formalnoprawne kanalizacyjnych możliwości technicznej”, Gdańsk 2000.
2. Dębowska B., Przelewy burzowe jako newralgiczne punkty sieci kanalizacyjnej. Analiza pracy przelewów burzowych na przykładzie wybranej jednostki osadniczej, praca dyplomowa pod kierunkiem dr. inż. hab. J. Królikowskiej, Kraków 2013.
3. Garbarczyk K., Wpływ składu ścieków deszczowych na zawartość zanieczyszczeń w osadach zatrzymywanych w ulicznych wpustach deszczowych, XII Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna „Problemy gospodarki wodno-ściekowej”, Białystok 2005.
4. Geiger W., Dreisetl H., Nowe sposoby odprowadzenia wód deszczowych. Poradnik, Wydawnictwo Projprzem­‑EKO, Bydgoszcz 1999.
5. Heidrich A., Witkowski A., Urządzenia do oczyszczania ścieków. Projektowanie, przykłady obliczeń, Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa 2005.
6. Królikowska J., Ocena przydatności hydroseparatorów do podczyszczania ścieków opadowych, Politechnika Krakowska, Kraków 2010.
7. Królikowska J., Podczyszczanie ścieków opadowych – rozwiązania możliwości, efekty. Część I Charakterystyka ścieków opadowych. Usuwanie zawiesiny, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 3/2011.\
8. Królikowska J., Królikowski A., Wody opadowe – odprowadzanie, zagospodarowanie, podczyszczanie i wykorzystanie, Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa 2012.
9. Królikowska J., Urządzenia inżynierskie z ruchem wirowym stosowane na sieci kanalizacyjnej do zmniejszania ładunku zawiesiny w ściekach deszczowych, „Inżynieria Ekologiczna” nr 26, 2011.
10. www.tuzal.pl
11. www.aco.pl.
12. www.halson.pl.
13. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (DzU nr 137/2006, poz. 984).
14. Dyrektywa Rady 91/271/EWG z dnia 21 maja 1991 r. dotycząca oczyszczania ścieków komunalnych (DzU UE L 135/40).
15. www.ecol-unicon.com.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!