Zabezpieczenia przed przepływem zwrotnym w kanalizacji

Cofanie się ścieków występuje na skutek niedrożności instalacji kanalizacyjnej lub przykanalików oraz w wyniku wzrostu poziomu ścieków w sieci kanalizacyjnej na skutek powodzi lub gwałtownych opadów, ewentualnie wskutek niedrożności sieci kanalizacyjnej. Ścieki cofają się do instalacji kanalizacyjnej w budynku także w przypadku, gdy wody deszczowe z dachów i tarasów odprowadzane są nieprawidłowo do kanalizacji ogólnospławnej.

Zagrożenie zalaniem pomieszczeń w budynkach w wyniku krótkiego, lecz intensywnego opadu ma miejsce szczególnie na płaskich terenach z kanalizacją ogólnospławną, na których poziom zalewania leży często na wysokości górnej krawędzi ulicy. Na takich terenach może wystąpić typowa cofka z przepełnionych kanałów ulicznych, zwłaszcza po okresach suchych, gdy dochodzi do spiętrzenia osadów i zanieczyszczeń w niektórych odcinkach sieci kanalizacyjnej.

Cofkę ścieków może wywołać także niedrożny odpływ, np. w wyniku zatkania zanieczyszczeniami wprowadzonymi do instalacji kanalizacyjnej w budynku. Jedną z najczęstszych przyczyn zalania ściekami pomieszczeń położonych poniżej poziomu zalewania jest brak zamknięć burzowych lub ich nieprawidłowy montaż oraz brak poprawnie wykonanych instalacji z urządzeniami przepompowującymi ścieki.

Stosowanie urządzeń przeciwzalewowych w budynkach reguluje prawo w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Rozporządzenie to w § 124 stanowi: Skanalizowanie piwnic i innych pomieszczeń w budynku, położonych poniżej poziomu, z którego krótkotrwale nie jest możliwy grawitacyjny spływ ścieków, może być wykonane pod warunkiem zainstalowania w miejscach łatwo dostępnych urządzeń przeciwzalewowych, o konstrukcji umożliwiającej ich szybkie zamknięcie ręczne lub samoczynne, a w budynkach użyteczności publicznej – zamknięcie samoczynne.

Wymóg jest, lecz w praktyce urządzenia i rozwiązania te nie są powszechnie stosowane tam, gdzie to jest wymagane. Tym samym właściciele i zarządcy budynków narażają się na duże straty. Jeśli przyjrzymy się warunkom, jakie są zawarte w umowach z firmami ubezpieczeniowymi, to okazuje się, że przez zalanie rozumieją one bezpośrednie działanie wody lub innych cieczy, polegające m.in. na cofnięciu się wody lub ścieków z instalacji kanalizacyjnej usytuowanej wewnątrz ubezpieczonego lokalu mieszkalnego lub budynku bądź poza nim.

Firmy ubezpieczeniowe wyłączają w umowach swoją odpowiedzialność za szkody powstałe w wyniku zalania wskutek m.in. błędów konstrukcyjnych w ubezpieczonym mieniu, zaistniałych zarówno na etapie projektu, jak i wykonawstwa. A zatem skoro istnieje w prawie wymóg stosowania takich urządzeń, to ich brak należy interpretować jako błąd ubezpieczonego wyłączający odpowiedzialność ubezpieczyciela.

Stosowanie urządzeń przeciwzalewowych określają też polskie normy. PN-B-01707:1992 Instalacje kanalizacyjne – Wymagania w projektowaniu definiuje m.in. urządzenie przeciwzalewowe jako służące do zabezpieczenia przed zalewaniem ściekami z zewnętrznej sieci kanalizacyjnej, montowane na przewodzie odpływającym lub podłączeniu kanalizacyjnym. Norma PN-EN 12056-4:2002 Systemy kanalizacji grawitacyjnej wewnątrz budynków – Część 4: Pompownie ścieków – Projektowanie układu i obliczenia zaleca, aby miejsca odpływu poniżej poziomu cofania wody chronić przed cofaniem wody z kanalizacji poprzez montowanie zasuw zwrotnych zgodnych z normą PN-EN 13564- 1:2004 Urządzenia przeciwzalewowe w budynkach – Część 1: Wymagania.

W wytycznych i zaleceniach producentów dot. zakresu stosowania urządzeń przeciwzalewowych wskazuje się na następujące kryteria wyboru zabezpieczenia przeciwzalewowego: Jeśli przewody kanalizacyjne z urządzeń znajdujących się poniżej poziomu zalewania i przykanalik posiadają spadek w kierunku sieci kanalizacyjnej (rys. 1a), wystarczy zastosowanie zasuwy z zaworami zwrotnymi, które uruchamiane są mechanicznie pod wpływem cofających się ścieków.

Jeżeli istnieje zagrożenie, że woda może dostawać się do piwnicy poprzez np. otwory okienne, to należy zastosować wpust podłogowy z zaworem zwrotnym i z pompą do automatycznego przepompowywania ścieków (rys. 5). Natomiast w przypadku gdy przewód sieci kanalizacyjnej znajduje się powyżej poziomu instalacji odprowadzającej ścieki, należy zastosować urządzenia do podnoszenia ścieków.

W tym rozwiązaniu instalacja powinna posiadać lewar (pętlę przeciwcofkową) powyżej poziomu zalewania, zabezpieczający przed przepływem zwrotnym (rys. 1b). Cofnięcie ścieków ma bowiem miejsce zwłaszcza w przypadku burz i obfitych opadów, a tym towarzyszą często przerwy w dostawach energii elektrycznej koniecznej do przepompowania ścieków.

Zamknięcia burzowe

Są to urządzenia działające samoczynnie na zasadzie zaworu zwrotnego. Przepuszczają ścieki tylko w jedną stronę. Montuje się je na przewodach poniżej poziomu zalewania. Zamknięcie burzowe powinno być wyposażone przynajmniej w dwie niezależnie działające klapy: klapę, która zamyka się pod naporem cofających się ścieków, oraz klapę awaryjną uruchamianą ręcznie. Montuje się je na przewodzie przykanalika przed podłączeniem do sieci zewnętrznej. Urządzenie zaleca się zabudować na przewodzie kanalizacyjnym, tak aby możliwy był do niego dostęp i przeprowadzenie okresowych czynności eksploatacyjnych – wskazany jest przegląd raz na pół roku (rys. 2).

Dodatkowo zasuwy burzowe są tak konstruowane, aby zabezpieczały także przed przedostaniem się gryzoni do wnętrza budynku. Są to urządzenia zalecane do ścieków szarych – niezawierających fekaliów. Na przewodach odprowadzających ścieki czarne – zawierające fekalia – zalecane jest montowanie automatycznych zamknięć z napędem, takich aby mogły pokonać ew. opór zalegających w przewodzie nieczystości. W przypadkach gdy w pomieszczeniach zagrożonych zalaniem znajdują się magazyny, archiwa itp. zaleca się także stosowanie urządzeń, w których zadziałanie klapy gwarantowane jest napędem zasilanym elektrycznie (rys. 3).

Cofnięcie ścieków występuje też w przypadku wprowadzania wody deszczowej z dachów i tarasów do instalacji kanalizacyjnej odprowadzającej ścieki do kanalizacji ogólnospławnej. W takich przypadkach przyczynami cofki są głównie nieprawidłowe miejsca wprowadzenia przewodu z wodą opadową do przewodu odprowadzającego ścieki.

Odprowadzenie to powinno się znajdować zawsze pomiędzy urządzeniem przeciwzalewowym a ujściem przykanalika do sieci kanalizacyjnej (rys. 4). Jeśli urządzenie przeciwzalewowe zostanie zamontowane za ujściem przewodu odprowadzającego wodę z dachu, to w czasie intensywnych opadów dojdzie do zalania pomieszczeń domu poniżej poziomu zalewania.

Na przedsiębiorstwach wodociągowych ciąży ustawowy obowiązek pobierania opłat nie tylko za dostawy wody i odprowadzenie ścieków sanitarnych, lecz także za odprowadzenie wód opadowych i roztopowych. Tym samym już na etapie projektu warto rozważyć zastosowanie rozwiązań rozsączających wody opadowe na terenie posesji, gdyż może to być tańsze rozwiązanie w eksploatacji niż ponoszenie opłat za wodę wprowadzaną do kanalizacji.

Pozytywną stroną tego rozwiązania jest także fakt, że sprzyja ono zapobieganiu obniżania się poziomu wód gruntowych. Wprowadzanie wód opadowych do kanalizacji nie jest też wskazane ze względów technologicznych, gdyż do przepompowni i oczyszczalni dopływa więcej ścieków, niż to jest konieczne. Tym samym przedsiębiorstwa ponoszą wyższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, co wpływa na ostateczną cenę za odprowadzane ścieki.

Instalacje pompowe

Stosuje się je w odpływach z urządzeń sanitarnych (WC, pralka, natryski itp.) znajdujących się poniżej poziomu zalewania. W przypadku gdy z tego poziomu ścieki odprowadzane są grawitacyjnie przykanalikiem ze spadkiem do sieci kanalizacyjnej, to urządzenia te pracują tylko w czasie występowania cofki z sieci. W przypadku gdy poziom posadowienia przewodów sieci kanalizacyjnej leży powyżej, ścieki są przepompowywane automatycznie po wypełnieniu się zbiornika. Instalacje takie należy zabezpieczyć lewarem (rys. 5). Producenci oferują urządzenia do ścieków szarych i czarnych. Te drugie wyposażone są w pompy z elementami tnącymi. Instalacje pompowe mogą być też wykorzystywane do podnoszenia ścieków, we wszystkich przypadkach gdy poziomy odpływu z urządzeń sanitarnych znajdują się poniżej górnego poziomu przykanalika (rys. 6).

Przepompownie przydomowe

Przepompownie przydomowe podnoszą ścieki do poziomu, z którego mogą płynąć grawitacyjnie do sieci kanalizacyjnej. Stosuje się je, gdy budynek jest położony poniżej poziomu sieci kanalizacyjnej, np. na zboczu wzgórza, oraz wtedy, gdy mają być odprowadzane ścieki fekalne z toalet i pisuarów. Wiele przepompowni przydomowych służy także do tłoczenia ścieków do kanalizacji ciśnieniowej.

Nowoczesne przepompownie to zwarte i kompletne obiekty. Stosowane są tam, gdzie układ terenu, wysoki poziom wód gruntowych lub duża odległość od miejsca zrzutu nie pozwalają na zastosowanie konwencjonalnych systemów grawitacyjnych. Przepompownie przeznaczone są nie tylko do pompowania ścieków sanitarnych, ale też wód zanieczyszczonych, wód opadowych i podobnych mediów z indywidualnych gospodarstw domowych czy małych wspólnot sąsiedzkich.

Wytyczne do doboru przepompowni i projektowania instalacji im towarzyszących oraz wskazówki eksploatacyjne, m.in. zawierające rozwiązania zapobiegające cofaniu się ścieków, zawarte są w artykule dr. inż. Rolanda Prillera w numerze 5/2008 „Rynku Instalacyjnego” [8]. Poniżej przedstawiono zagadnienia związane z budową przepompowni i mające wpływ na ich eksploatację.

Producenci oferują przepompownie w dwu wariantach zabudowy: w piwnicach lub do zabudowy zewnętrznej. Zbiorniki przepompowni posiadają pojemność adekwatną do ilości ścieków z danego budynku, tak aby w razie awarii pompy mogły być przez pewien czas magazynowane. Stosuje się też przepompownie z dwoma pompami, gdy wzglądy eksploatacyjne tego wymagają. Tym samym w przypadku awarii jednej z pomp – pracuje druga. Przepompownia dostarczana jest z kompletnym wyposażeniem zapewniającym jej automatyczną pracę.

Głównymi kosztami przy pompowaniu ścieków są koszty energii oraz koszty obsługi i napraw. W cyklu życiowym systemu pompowego (ok. 10–15 lat) są one wielokrotnie wyższe w porównaniu z kosztem inwestycyjnym systemu. Dlatego dąży się do większej sprawności i niezawodności systemów pompowych, tak aby pompownie funkcjonowały bez konieczności częstego, okresowego czyszczenia komory czerpalnej oraz aby czas usuwania awarii był jak najkrótszy. Dostępne na rynku przepompownie składają się z komory retencyjnej, zatapialnych pomp, układu hydraulicznego i układu sterowania.

Zbiornik

Wykonany może być z betonu, polimero-betonu, tworzyw sztucznych lub laminatów poliestrowo-szklanych. Dno zbiornika powinno być odpowiednio profilowane, tak aby nie powstawały i zagniwały osady. Zbiorniki z tworzyw powinny mieć kształt zabezpieczający przed wyparciem, co umożliwia ich posadowienie bez konieczności stosowania dodatkowych płyt betonowych do obciążania.

Wielkość zbiornika powinna zapewnić odbiór ścieków przez 1–2 dni pomimo awarii systemu. Zbiornik musi być odporny na korozję i uszkodzenia mechaniczne. Przepompownie ścieków muszą sobie poradzić z różnymi frakcjami występującymi w ściekach, w tym ze żwirem, piaskiem, ciężkimi substancjami organicznymi, materiałami sanitarnymi, papierem, plastykiem, tekstyliami, a także z tłuszczami. Żwir, piasek i ciężkie substancje organiczne osiadają na dno. Ten osad może szybko zagniwać i wydzielać szkodliwe dla zdrowia gazy, a także powodować korozję elementów pompowni.

Szmaty i długie zanieczyszczenia włókniste są nawijane na wirnik pompy i tworzą niekiedy warkocze o długości nawet kilku metrów. Zakłóca to pracę pomp i obniża ich sprawność aż do całkowitego zablokowania wirnika. Tłuszcze tworzą na powierzchni ścieków kożuch, który powoduje zakłócenia w pracy czujników poziomu (sygnalizatorów pływakowych), a zastygłe kawałki tłuszczu mogą blokować wlot do pompy. Zapobieganie skutkom powyższych niepożądanych zjawisk polega głównie na stosowaniu specjalnych konstrukcji zbiorników lub na wyposażeniu ich w dodatkowe elementy.

Pompy

O niezawodności i efektywności pompowni decydują pompy. W zależności od zawartości ścieków dobierany powinien być odpowiedni typ wirnika. Powinien on tłoczyć ścieki wraz z osadem. W przepompowniach przydomowych stosowane są często pompy zatapialne wyposażone w wirniki z rozdrabniaczem lub w wirniki o swobodnym przepływie, jedno i wielokanałowe.

Rozdrabniacze zanieczyszczeń pozwalają na wydajną pracę pomp i unikanie awarii w przypadku obecności w ściekach ciał włóknistych oraz na zastosowanie po stronie tłocznej rur o małych przekrojach. Zastosowanie rur o małych przekrojach ma szczególne znaczenie w przypadku dużych odległości pomiędzy budynkiem a odbiornikiem ścieków, ponieważ wpływa na zmniejszenie kosztów inwestycji.

Dla prawidłowej pracy przepompowni przydomowej z siecią kanalizacyjną ciśnieniową najbardziej istotnym parametrem pracy pomp jest ciśnienie. Stosowanie pomp wirowych jest zasadne w zabudowie zwartej i na równinach. Charakteryzują się one większą wydajnością, ale niższą wysokością podnoszenia w stosunku do pomp wyporowych o takiej samej mocy.

Aby pompy wirowe mogły osiągnąć podobną wysokość podnoszenia jak pompy wyporowe, muszą być wyposażone w silniki o wyższych mocach (ponad dwukrotnie), co wiąże się z dodatkowymi kosztami eksploatacyjnymi i ceną przepompowni. Wysokość podnoszenia pomp wyporowych umożliwia dostarczanie ścieków nie tylko na znaczne różnice wysokości, ale również na duże odległości, nawet do kilku kilometrów. Parametry pomp wyporowych umożliwiają stosowanie ich w zabudowie rozproszonej i znacznie zróżnicowanej wysokościowo.

Sterowanie

Sterowanie pompowni powinno odpowiadać za włączenie i wyłączenie pompy oraz jej odpowiednie zabezpieczenie. W przypadku kanalizacji ciśnieniowej powinno również odpowiednio wpływać na pracę całego systemu, np. przez rozpoznawanie stanu dławienia się wzajemnego pomp. Powinno także zabezpieczać układ przed jednoczesnym włączeniem się wszystkich pomp po dłuższym zaniku napięcia.

Podstawowym problemem w eksploatacji jest odczyt poziomu ścieków w pompowni. W tym celu używa się pływaków, sond lub rozwiązania wykorzystującego dzwon otwarty połączony przewodem pneumatycznym z szafą sterującą.

W pompowniach wykorzystywane są też stacjonarne mikroprocesorowe szafki sterownicze do zabudowy wewnętrznej lub zewnętrznej. Wyposażane są one np. w panel obsługowy z wyświetlaczem, z sygnalizacją optyczną monitorującą pracę pompy, zakłócenia, blokadę pompy, osiągnięcie poziomu alarmowego przez ścieki i zasilanie oraz w kontrolę silnika.

Ponadto szafka sterownicza realizuje m.in. następujące zadania: ciągły pomiar poziomu cieczy; alarmowanie w przypadku: przeciążenia silnika, zaniku napięcia, poziomu alarmowego ścieków, przegrzania stojana, błędu sygnału zwrotnego pompy, awarii czujnika poziomu oraz dokonuje stałej diagnostyki pracy pompy.

Układy sterowania mogą być też wyposażone w liczniki godzin pracy, liczniki załączeń pompy, moduły do zdalnego sterowania i kontroli pracy pompy oraz niezależne sygnalizatory stanów alarmowych. Postęp w elektronice i coraz tańsze elementy powodują szybki rozwój układów sterowania i wyposażanie ich w coraz więcej funkcji nawet dla pompowni przydomowych, w których kilkanaście lat temu takie rozwiązania znacznie podrażały koszt zakupu pompowni.

Przeczytaj artykuł: Dobór pomp wodociągowych, kanalizacyjnych i ciepłowniczych oraz sposobów ich regulacji »

Usuwanie osadów

W celu usuwania osadów dennych w niektórych pompowniach stosuje się zawory płuczące. Pełnią one również ważną rolę z punktu widzenia bezpieczeństwa i higieny pracy, polegającą na ochronie pracowników przed wydzielającym się siarkowodorem i metanem w wyniku zalegających dłuższy czas osadów w pompowni. Zabezpieczają również elementy pompowni przed korozją i przeciwdziałają obrostom kożucha tłuszczowego na ścianach pompowni.

Zawór płuczący tak zmienia pracę pompy, że wykonuje ona w momencie załączenia przez kilkadziesiąt sekund funkcję mieszadła i wzbudza osad, dzięki czemu powstaje zawiesina, którą łatwo usunąć. Następnie pompa zaczyna pracować w swojej podstawowej funkcji i usuwa ścieki wraz z zawieszonym w nich osadem. W tradycyjnych rozwiązaniach zbierający się osad na dnie pompowni nie mógł być usunięty przez pompę, gdyż poziom wyłączania musi być położony co najmniej kilka cm nad wlotem, tak aby nie następował tzw. suchobieg.

Zanieczyszczenia pływające, głównie tłuszcz, powodują trudności w pracy przepompowni ścieków: wadliwą pracę sygnalizatorów poziomu i konieczność częstego czyszczenia pompowni. W celu usunięcia tych niedogodności wielu producentów pomp stosuje odpowiednie rozwiązania techniczne. Jednym z nich jest specjalny moduł do sterowania pracą pomp.

Pompa może się załączać przy bardzo niskich poziomach ścieków – na poziomie równym krawędzi wlotu do pompy. W momencie załączenia na tym poziomie ścieków pompa pracuje bardzo krótko, lecz dostatecznie długo, aby pochwycić i przepompować kożuch. Mały przepływ ścieków wynikający z szybkiego opadania i tak niskiego poziomu powoduje mniejsze zapotrzebowanie pompy na energię, co odnotowuje układ sterujący i wyłącza pompę, aby uniknąć suchoobiegu. Rozwiązanie to zalecane jest dla ścieków, w których znajdują się znaczne ilości tłuszczy.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (DzU nr 75, poz. 690 z późn. zm.).

2. PN-B-01707:1992 Instalacje kanalizacyjne – Wymagania w projektowaniu.

3. PN-EN 12056-4:2002 Systemy kanalizacji grawitacyjnej wewnątrz budynków – Część 4: Pompownie ścieków – Projektowanie układu i obliczenia.

4. PN-EN 13564-1:2004 Urządzenia przeciwzalewowe w budynkach – Część 1: Wymagania.

5. Rydzyński Ryszard, Rydzyński Mikołaj, Nowoczesne pompownie ścieków cz.1, „Pompy i Pompownie”, 1/2006, str. 39–42.

6. Chlipalski Jacek, Optymalny wybór kanalizacji, „Rynek Instalacyjny” 10/06, str. 109.

7. Materiały firm: Metalchem, ITT Flygt, Białogon, EkoWodrol, INWAP, Meprozet, Presskan, Wilo, KSB.

8. Priller Roland, Projektowanie przepompowni ścieków, Zasady i zalecenia praktyczne dotyczące projektowania i wykonania, „Rynek Instalacyjny” 5/2008, str. 76–80.