Separatory zawiesin i substancji ropopochodnych

Separatory zawiesin (inaczej: osadniki) to urządzenia służące do podczyszczania wód opadowych i ścieków z łatwo opadającej zawiesiny, o gęstości większej niż 1 kg/dm³. Osadniki zabezpieczają również przed nadmiernym dopływem zawiesin do kolejnych urządzeń w ciągu technologicznym (np. separatorów substancji ropopochodnych lub zbiorników retencyjnych). Separatory substancji ropopochodnych to urządzenia stosowane do podczyszczania wód opadowych i ścieków technologicznych, służące do oddzielania i magazynowania zgromadzonych i odseparowanych cieczy lekkich (m.in. benzyn i olejów) o gęstości nie większej niż 0,95 g/cm3.

Kiedy prawo wymaga stosowania separatorów?

Wytyczne dotyczące separacji zawiesin i substancji ropopochodnych zawarte zostały w rozporządzeniu z 2019 r. w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego oraz warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu do wód lub do ziemi ścieków, a także przy odprowadzaniu wód opadowych lub roztopowych do wód lub do urządzeń wodnych [1]. Zgodnie z nim wody opadowe lub roztopowe ujęte w otwarte lub zamknięte systemy kanalizacyjne, pochodzące z zanieczyszczonej powierzchni szczelnej:

a) terenów przemysłowych, składowych, baz transportowych, portów, lotnisk, miast, dróg zaliczanych do kategorii dróg krajowych, wojewódzkich lub 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,

b) obiektów magazynowania i dystrybucji paliw, w ilości, jaka powstaje z opadów o częstości występowania 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– mogą być wprowadzane do wód lub do urządzeń wodnych (z wyjątkiem przypadków, o których mowa w art. 75a ustawy z dnia 20 lipca 2017 r. – Prawo wodne [2]), o ile nie zawierają substancji zanieczyszczających w ilościach przekraczających 100 mg/l zawiesiny ogólnej oraz 15 mg/l węglowodorów ropopochodnych.

Do podczyszczania ścieków przemysłowych zastosowanie mają przepisy rozporządzenia w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych [3]: < 15 mg/dm³ węglowodorów ropopochodnych w odprowadzanych ściekach.

Typy osadników

W zależności od rodzaju zlewni i wymaganego poziomu podczyszczenia ścieków stosuje się dwie technologie osadników: poziome oraz wirowe. W osadniku poziomym zawiesina ogólna i zanieczyszczenia stałe zatrzymywane są dzięki wykorzystaniu zjawiska sedymentacji. Następuje tu rozdział dwóch faz: ścieków i zawieszonych w nich cząstek o gęstości większej niż gęstość wody. Wlot do osadnika wyposażony jest w deflektor zwiększający efektywność działania urządzenia.

Osadniki wirowe są optymalnym rozwiązaniem w terenie zurbanizowanym, gdzie wymagane jest zastosowanie urządzeń o wysokiej efektywności usuwania zawiesin i małych gabarytach. Dzięki dodatkowemu wykorzystaniu siły odśrodkowej, która potęguje oddzielanie drobnych cząstek zawiesiny, możliwe jest uzyskanie wysokiej skuteczności usuwania zanieczyszczeń przy dużych obciążeniach hydraulicznych. Pozwala to na relatywne zmniejszenie powierzchni osadnika w obiekcie (terenie). Zastosowany na wlocie do urządzenia deflektor zwiększa efektywność usuwania zanieczyszczeń dzięki lepszemu rozprowadzeniu ścieków po powierzchni urządzenia i zmniejszeniu tzw. martwych stref.

Rodzaje separatorów ropopochodnych

W zależności od rodzaju zlewni, warunków pracy urządzenia oraz wymaganego poziomu podczyszczenia ścieków stosuje się separatory substancji ropopochodnych w dwóch technologiach: lamelowej i koalescencyjnej.

W separatorach koalescencyjnych (fot. 1, 2) oddzielanie zanieczyszczeń ropopochodnych następuje dzięki zjawisku grawitacyjnego rozdziału olejów i wody, które dodatkowo jest wspomagane przez zjawisko koalescencji. Zawiesina mineralna zawarta w ściekach ulega osadzeniu w wyniku sedymentacji oraz filtracji w materiale koalescencyjnym. Konstrukcja separatora zapewnia uspokojenie przepływu zanieczyszczonych wód oraz jednoczesne wymuszenie rozdziału strumienia ścieków na substancje ropopochodne (magazynowane w separatorze) i wodę. Lżejsze od wody zanieczyszczenia ropopochodne wypływają na powierzchnię, gdzie gromadzą się, tworząc warstwę. Niewielkie krople oleju mineralnego, które nie mają odpowiedniej siły wyporu, w trakcie przepływu przez materiał koalescencyjny łączą się w większe krople (koalescencja), co ułatwia ich rozdział grawitacyjny. Zatopiony wylot uniemożliwia wydostanie się odseparowanych zanieczyszczeń do odbiornika ścieków.

Separatory lamelowe oddzielają substancje ropopochodne z wykorzystaniem procesów flotacji i sedymentacji (fot. 3). Zanieczyszczone wody płynące w systemie kanalizacji deszczowej wpływają do separatora przez komorę wlotową, której konstrukcja zapewnia uspokojenie przepływu i jednoczesne ukierunkowanie strumienia ścieków. Oddzielenie zanieczyszczeń następuje podczas wielowarstwowego przepływu zanieczyszczonych wód przez pakiety lamelowe. Oczyszczone ścieki trafiają następnie do komory odpływowej wyposażonej w zamknięcie zabezpieczające przed przelewaniem się do niej zawartości komory separacji w sytuacji podpiętrzenia ścieków w urządzeniu (spowodowanej np. podtopieniem separatora w wyniku cofki z odbiornika). Zastosowana technologia oddzielenia substancji ropopochodnych umożliwia dodatkowo zatrzymywanie łatwo sedymentujących zawiesin gromadzonych na dnie komory separacji.

Kryteria wyboru rodzaju separatora

Separatory koalescencyjne umożliwiają oczyszczanie wód opadowych wyłącznie dla przepływu nominalnego. Parametry urządzenia należy dobrać tak, aby przepustowość nominalna separatora była większa od przepływu maksymalnego wód deszczowych dopływających do urządzenia. Separatory koalescencyjne są rekomendowane w zlewniach mniejszych i zlewniach, w których zanieczyszczenia występują w wysokich stężeniach, a zatem sprawdzą się w warsztatach i myjniach samochodowych, na stacjach paliw, w bazach transportowych, mniejszych zakładach przemysłowych, średnich i małych parkingach, przy odprowadzaniu wody z mostów i wiaduktów drogowych.

Separatory lamelowe umożliwiają oczyszczanie wód opadowych w większych zlewniach. Zaleca się ich stosowanie przy wylotach miejskich kolektorów deszczowych, na dużych parkingach, do ochrony wód powierzchniowych przy zakładach przemysłowych, centrach logistycznych, na lotniskach. Sprawdzą się także przy odpływach wód deszczowych z autostrad i dróg o dużym natężeniu ruchu. Zostały zaprojektowane tak, by móc podczyszczać wodę o większych przepływach niż nominalne i jest to ich największa zaleta. Skuteczność podczyszczania wynosi >99,9% (zapewniając stężenie ropopochodnych na odpływie < 5 mg/dm³) dla nominalnego przepływu i spada wraz z jego wzrostem, ale nadal się odbywa. Jest to niezwykle ważne wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z powierzchniami dużymi i bardzo dużymi, z których spływa deszczówka. Zastosowanie separatorów lamelowych jest wówczas jedynym rozwiązaniem. Ich konstrukcja umożliwia oddzielanie i zatrzymywanie zarówno substancji ropopochodnych, jak i zawiesin mineralnych (piaski, szlamy) znajdujących się w wodach opadowych i roztopowych spływających z każdego rodzaju zlewni. Separatory lamelowe są polecane dla dużych zlewni, w których w różnym czasie może spływać więcej lub mniej wód deszczowych, a więc w takich, w których mamy do czynienia ze zróżnicowanym obciążeniem przepływu i różnym ładunkiem zanieczyszczeń ropopochodnych i zawiesin.

Podsumowując, szczególną uwagę przy wyborze odpowiedniego typu separatora należy zwrócić na:

• wielkość terenu, z którego spływa deszczówka, co ma wpływ na jej objętość,
• ilość zawiesiny zawartej w deszczówce,
• możliwość pracy urządzenia przy przepływie burzowym,
• stopień ochrony wód powierzchniowych, do których odpływają wody deszczowe – czy jest to strefa ochronna, czy akwen jest zamknięty, jaka jest prędkość nurtu i w jakim czasie rzeka czy strumień zdoła się sama oczyścić.

Wytyczne doborowe dla osadników i separatorów

Sposób zaprojektowania osadników zależy od warunków lokalizacyjnych, rodzaju podczyszczanych ścieków (wody opadowe czy ścieki technologiczne), przepływów oraz zakładanej ilości zawiesiny w ściekach odpływających. Zalecenia dotyczące doboru osadnika zgodnie z normą PN-EN 858-2 przedstawia tabela 2.

Dobór separatorów polega na dopasowaniu typoszeregu separatora z karty katalogowej do wartości wyliczonych przepływów ze zlewni (Q_nom i Q_max) przy spełnieniu określonych warunków hydraulicznych. Wartość przepływu urządzenia Q_nom należy przyjąć równą lub wyższą od wyliczonych wartości przepływów ze zlewni. Na rys. 1 zaprezentowano uproszczony schemat doboru separatorów.

Warunki hydrauliczne określane są w zależności od typu separatorów i ich przeznaczenia:

a) separatory koalescencyjne są stosowane do każdego rodzaju zlewni

b) separatory z możliwością przepływu burzowego stosowane są do każdego rodzaju zlewni z wyłączeniem powierzchni szczelnych obiektów magazynowania i dystrybucji paliw

c) podczyszczalnie z indywidualnie zaprojektowanym przelewem

W przypadku zastosowania przelewu (odprowadzania części wód opadowych bez oczyszczania) urządzenie oczyszczające (osadnik i separator) powinno być zabezpieczone przed dopływem większym niż jego przepustowość nominalna. Typowymi rozwiązaniami gwarantującymi zabezpieczenie urządzeń przed przeciążeniem hydraulicznym są regulatory przepływu instalowane na wlocie do ciągu technologicznego. Zastosowanie tych urządzeń umożliwia spełnienie wymogów prawnych zawartych w [1].

d) separatory koalescencyjne dla podczyszczalni ścieków technologicznych

Ścieki technologiczne zawierające substancje ropopochodne powstają głównie w obiektach takich jak myjnie samochodowe czy warsztaty naprawcze. Oczyszczanie ścieków technologicznych powinno się odbywać w pełnym zakresie przepływów.

Schematy doborowe separatorów można zastąpić zdecydowanie łatwiejszym podejściem i skorzystać z kalkulatorów doboru separatorów na platformie WaterFolder [5].

Znaczenie montażu i eksploatacji separatorów

Separatory substancji ropopochodnych są urządzeniami do montażu zewnętrznego. Instaluje się je w odpowiednio przygotowanym wykopie. Separator powinien być usytuowany jak najbliżej miejsca spływu zanieczyszczonych wód deszczowych, z uwzględnieniem możliwości eksploatacyjnych. Ważne, aby zapewniony został dostęp dla obsługi wozu asenizacyjnego, który będzie opróżniał separator ze zgromadzonych zanieczyszczeń. Istotne jest również, aby separator posadowiony był na głębokości poniżej poziomu zamarzania. Przed wykonaniem wykopów i montażem separatora niezbędne są również badania poziomu wód gruntowych i parametrów geotechnicznych gruntu. Poziom wód gruntowych musi znajdować się zawsze poniżej wylotu z separatora. W przypadku wysokiego poziomu wód gruntowych konieczne może się okazać wykonanie odpowiednich fundamentów i zakotwiczenie separatora. Separator musi być instalowany na takim poziomie, aby możliwe było bezproblemowe podczyszczenie rur doprowadzających i odprowadzających, i tak, aby spływ odbywał się grawitacyjnie.

Jeżeli separator montowany jest na terenie zielonym, po którym poruszają się piesi, umiejscowienie jego włazu należy zaplanować na wysokości ok. 5–10 cm ponad terenem, w przypadku posadowienia pod powierzchnią jezdni lub chodnika krawędzie włazów muszą być na tym samym poziomie co powierzchnia terenu.

Montując separatory, warto wyposażyć je w instalacje alarmowe monitorujące poziom warstwy osadu, oleju i przepełnienia. Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest wpięcie urządzenia do systemu umożliwiającego bieżące monitorowanie pracy urządzeń. Pozwala to na optymalną pracę służb eksploatacyjnych i minimalizuje potrzebę kontroli obiektów oraz ogranicza negatywne skutki dla środowiska.

Warto zwrócić uwagę także na eksploatację separatora z pozycji terenu. Nie wszystkie dostępne na rynku rozwiązania ją umożliwiają.

Niezbędne badania i dokumentacje

Separatory substancji ropopochodnych muszą posiadać, zgodnie z obowiązującymi przepisami, odpowiednie dokumenty potwierdzające możliwość ich stosowania jako wyrobów budowlanych. Dokumenty te stanowią elementy specyfikacji technicznej będącej podstawą do deklarowania właściwości użytkowych, takich jak skuteczność, trwałość, przepustowość nominalna i maksymalna, możliwość pracy w warunkach podtopienia. Dokumentami takimi są Krajowe Oceny Techniczne wydawane przez Jednostki Oceny Technicznej oraz norma zharmonizowana PN-EN 858-1:2005/A1:2007 (w określonym w niej zakresie stosowania).

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Morskiej i Żeglugi Śródlądowej z dnia 12 lipca 2019 r. w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego oraz warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu do wód lub do ziemi ścieków, a także przy odprowadzaniu wód opadowych lub roztopowych do wód lub do urządzeń wodnych (DzU 2019, poz. 1311).
2. Ustawa z dnia 20 lipca 2017 r. – Prawo wodne (DzU 2017, poz. 1566).
3. Rozporządzenie Ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 r. w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych (tekst jednolity DzU 2016, poz. 1757).
4. https://ecol-unicon.com/produkty/produkty-deszczowe/separatory-koalescencyjne-esk/ (dostęp: 11.01.2021).
5. www.waterfolder.com (dostęp: 11.01.2021).