Kanalizacja bytowo-gospodarcza i przemysłowa

Podstawą bezpiecznego projektu kanalizacji bytowo-gospodarczej i/lub przemysłowej jest właściwy bilans strumieni ścieków. Obecnie odstępuje się od sporządzania szczegółowych bilansów wodnych na rzecz bilansów opartych na wskaźnikach scalonych – najczęściej na perspektywę ≥ 50 lat.

Z jednej strony zapotrzebowanie na wodę w miastach maleje, co jest skutkiem m.in.

oszczędnego gospodarowania wodą (wymuszonego wzrostem ceny wody, opomiarowaniem jej poboru, likwidacją przecieków w instalacjach, większą liczbą zmywarek do naczyń i pralek w gospodarstwach domowych, instalacją kabin natryskowych zamiast wanien kąpielowych, stosowania zamkniętych obiegów wody w przemyśle, itd.), lecz z drugiej strony wzrastać będzie gęstość zaludnienia i zabudowy terenów zurbanizowanych, zwłaszcza w perspektywie > 50 lat.

Odpływ ścieków z terenów mieszkaniowych - w miastach

Do sporządzania bilansów ścieków bytowo-gospodarczych na terenach mieszkaniowych należy szacować jednostkowy strumień odpływu ścieków na poziomie nie niższym niż 150 dm³ na dobę i na mieszkańca (łącznie z drobnymi usługami - w budynkach mieszkalnych), tzn: qj ≥ 150 dm³/d·Mk – wg DWA-A 118:2006.

Z braku perspektywicznych danych w polskiej literaturze, dotyczących zwłaszcza współczynników nierównomierności dobowej (Nd) i godzinowej (N_h) odpływu ścieków bytowo-gospodarczych, można posługiwać się wskaźnikiem scalonym - wg PN-EN 752:2008 i DWA-A 118:2006, jako miarodajnym - maksymalnym godzinowym odpływem:

qbg = 0,004÷0,005 dm³/s·Mk

Przykładowo: dla qj = 150 dm³/d·Mk przy Nd = 1,25 i N_h = 2,3 otrzymamy: q_bg = q_j ∙ Nd ∙ N_h = 150/86400 ∙ 1,25 ∙ 2,3 = 0,005 dm³/s·Mk.

Na tej podstawie, strumień ścieków bytowo-gospodarczych Qbg (w dm³/s) na terenach mieszkaniowych obliczyć można z wzoru:

Q_bg = q_bg ∙ Z ∙ F_bg (5.1) gdzie:

Z - gęstość zaludnienia, Mk/ha,

Fbg - powierzchnia zlewni ścieków bytowo-gospodarczych, ha.

Zaludnienie terenów (Z) kształtuje się najczęściej od 20 Mk/ha - luźna zabudowa (willowa),

Odpływ ścieków z terenów przemysłowych

Odnośnie terenów przeznaczonych w przyszłości na przemysł można tutaj również posługiwać się wskaźnikami scalonymi wg DWA-A 118:2006, skąd strumień ścieków przemysłowych Qp (w dm³/s) wyniesie:

Q_p = q_p ·Fp (5.2) gdzie:

qp(n) = 0,2÷0,5 dm³/s·ha - dla przemysłu niewodochłonnego, qp(w) = 0,5÷1,0 dm³/s·ha - dla przemysłu wodochłonnego,

Fp - powierzchnia terenów przemysłowych, ha.

Wg dotychczasowych polskich wytycznych z lat 70-tych XX wieku, zalecano:

 qp(n) = 0,3÷1,2 dm³/s·ha oraz

 qp(w) = 1,2÷5,8 dm³/s·ha.

Były to zdecydowanie większe (od 50% do 480%) wartości wskaźników, świadczące m.in. o marnotrawstwie (stratach) wody zwłaszcza w przemyśle wodochłonnym, braku stosowania zamkniętych obiegów wody, czy też braku regulatorów przepływu w zbiornikach przelewowych, itp. [102].

Miarodajny do wymiarowania kanałów grawitacyjnych strumień objętości Q (w dm³/s) ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz wód/ścieków przypadkowych obliczać należy z wzoru:

Q = Q_bg + Q_p + Q_inf + Q_dwd (5.3) gdzie:

Qbg - strumień ścieków bytowo-gospodarczych (maksymalny godzinowy), dm³/s, Q_p - strumień ścieków przemysłowych (maksymalny godzinowy), dm³/s,

Q_inf - strumień wód infiltracyjnych (wody przypadkowe), dm³/s,

Q_dwd - strumień dopływu wód deszczowych (wody przypadkowe, dopływające m.in.

przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek w okresie opadów), dm³/s.

Wg wytycznych niemieckich (DWA-A 118:2006) do wymiarowania grawitacyjnych kanałów bytowo-gospodarczych i przemysłowych należy przyjmować następujące wartości wskaźników tzw. wód przypadkowych:

 q_inf[0,05; 0,15] dm³/s∙ha - dla wód infiltracyjnych,

 qdwd [0,2; 0,7] dm³/s∙ha - dla dopływu wód deszczowych (nie uwzględniany w dotychczasowych polskich wytycznych),

czyli łącznie:

 qprzyp[0,25; 0,85] dm³/s∙ha - dla wód przypadkowych.

Wg polskich wytycznych (z lat 70-tych XX wieku), analizowanych w pracy [102], zlecano: q_inf [0,008÷0,13] dm³/s∙ha - dla zagłębienia kanałów H ≤ 6 m. Były to więc znacznie mniejsze wartości wskaźnika (qinf) starzenia się kanałów. Mogłoby to sugerować fałszywą tezę, że budowane w Polsce kanały ściekowe były wykonywane z lepszych materiałów czy też w dokładniejszy sposób niż w Niemczech.

Kanały bytowo-gospodarcze i przemysłowe dobierać należy na wypełnienie względne:

h/D  [0,5; 0,7]. Odpowiada to przepustowości całkowitej (Qo = 100%) dla przekroju kołowego: od 50 do 83% Qo (rys. 5.1).

Rys. 5.1. Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju kołowym [102]

Zaleca się więc pozostawianie rezerwy na przyszłościowy rozwój wynoszącej: od 50 do 17% Q_o – w zależności od ważności kanału ściekowego w systemie (wg DWA-A 118 [102]).

Jako minimalną średnicę grawitacyjnych kanałów bytowo-gospodarczych i przemysłowych przyjmuje się: Dmin = 0,20 m – zwłaszcza dla początkowych odcinków sieci, przy pasmowej czy luźnej zabudowie. Dla przykanalików dopuszcza się Dmin = 0,15 m.

Wg najnowszych wytycznych DWA-A 118:2006 zaleca się przyjmowanie w miastach:

Dmin = 0,25 m.

Obliczenia hydrauliczne nowoprojektowanych kanałów grawitacyjnych: bytowo-gospodarczych i przemysłowych, a także kanałów deszczowych i ogólnospławnych, zaleca się opierać na wzorach Darcy-Weisbacha i Colebrooka-White’a - przy przyjęciu eksploatacyjnej chropowatości ścian kanałów: k[0,5; 1,5] mm, lub stosowanie wzoru Manninga - ze współczynnikiem szorstkości eksploatacyjnej: n[0,011; 0,013] s/m^1/3, w zależności od rodzaju materiału przewodów i wysokości kinet ściekowych (strat) w studzienkach [102].

Minimalne spadki dna kanałów grawitacyjnych można określać ze znanej formuły – właściwej jednak dla wypełnień względnych h/D ≥ 0,3:

i_min = 1/D (5.4) gdzie:

D - średnica kanału w metrach, wówczas spadek i_min w promilach.

Pierwsze (początkowe) odcinki kanałów powinny mieć większe minimalne spadki dna, ze względu na hydromechanikę transportu zanieczyszczeń - przy małych wypełnieniach kanałów

Minimalne przykrycie gruntem kanałów grawitacyjnych (H_min) zależy od strefy przemarzania gruntu (Hz). Zasadniczo przykanaliki i kanały powinny być układane z przykryciem, co najmniej:

Hmin ≥ Hz + (0,2÷0,4) m.

Zalecenia co minimalnych średnic betonowych studzienek kanalizacyjnych (niezależnie od systemu kanalizacyjnego) wynikają z norm: PN-B-10729:1999 - branżowej oraz PN-EN 1917:2004 - zharmonizowanej z normą europejską. Unormowane wartości są jedynie wskazówkami.

Minimalne (wewnętrzne) średnice betonowych studzienek kanalizacyjnych powinny jednak wynosić:

 1,0 m - dla kanałów o średnicach D ≤ 0,3 m (i głębokości do 3 m p.p.t),

 1,2 m - dla kanałów o średnicach D  [0,4; 0,6] m,

 1,4 m - dla kanałów o średnicach D = 0,8 m,

 1,6 m - dla kanałów o średnicach D > 0,8 m.

Dopuszczalne jest obecnie stosowanie tzw. nie włazowych studzienek kanalizacyjnych, tj. o małych średnicach studni rzędu 0,3÷0,6 m - wykonanych z tworzyw sztucznych.

Stosowanie takich studzienek jest możliwe dla małych średnic kanałów o D [0,15; 0,3]

i płytko ułożonych.

Ze względów eksploatacyjnych, na terenach o luźnej zabudowie możliwe jest lokalizowanie wówczas np. naprzemiennie studzienek włazowych (jako połączeniowych) i nie włazowych (jako rewizyjnych).

Jak wykazała praktyka, studzienki betonowe, w porównaniu do tworzywowych, lepiej sprawdzają się:

 w gruntach o zmiennym poziomie wód podziemnych,

 w warunkach występowania naprężeń dynamicznych (np. od ruchu pojazdów),

 w czasie zalania - podtopienia odwadnianego terenu (stabilne),

 na etapie budowy - niewrażliwe na wyparcie przez wodę (ze względu na ciężar).

Rozstaw studzienek rewizyjnych nie powinien być większy niż:

 na kanałach nie przełazowych - o wysokości przekroju H < 1,0 m: 60÷80 m,

 na kanałach przełazowych - do H < 1,4 m: 60÷80 m.

 na kanałach przełazowych - o H  1,4 m: 80÷120 m.