Návrh hodnocení technických ukazatelů pro stokové systémy

1. Úvod

Účelem odkanalizování je bezpečné a především hospodárné odvedení odpadních vod (OV) z městského povodí, tím nejrychlejším možným způsobem. Městské odvodnění patří mezi nejdražší a projekčně nejsložitější stavby městské infrastruktury. Proto je jejich hospodárný návrh neustále středem pozornosti. Moderní koncepce chápe systém městského odvodnění jako integrovaný systém, jehož složkou je stoková síť, čistírna odpadních vod (ČOV) a recipient. [1]

2. Tradiční způsoby odkanalizování

Základním principem dopravy odpadních vod gravitační kanalizací je beztlakový průtok OV o volné hladině. Výhodou kanalizace je nenáročný provoz a nízké provozní náklady. Uložení potrubí závisí na nezámrzné hloubce a na typu zástavby. Minimální hloubka krytí je 1,0 m (1,8 m pod vozovkou). Minimální sklon stokové sítě je dán především unášecí silou, aby nedocházelo k zanášení sedimenty, ale zároveň by neměl být příliš vysoký, aby nedocházelo k dynamickému poškození stoky. Tato stoková síť nemá omezenou kapacitu množství připojených ekvivalentních obyvatel. Minimální světlost potrubí je DN 250 pro plastová a kameninová potrubí a DN 300 pro betonová a ostatní materiály potrubí. [1]

3. Alternativní způsoby odkanalizování

V současné době jsou v popředí zájmu problémy spojené s odkanalizováním území bez soustavného odvodnění. Při pohledu na toto území je zřejmé, že se jedná o oblasti s velmi roztroušenou zástavbou, nebo oblasti s plochým či zvlněným reliéfem terénu. V těchto lokalitách se jeví tradiční způsoby odkanalizování jako nehospodárné, těžko realizovatelné až neproveditelné. Na řadu tedy přicházejí alternativní způsoby odkanalizování. [3] V případě alternativních způsobů odkanalizování se vždy jedná o oddílnou soustavu, srážkové vody se touto kanalizací neodvádějí. Uplatňují se také při specifických podmínkách staveniště, například při nepříznivých geologických nebo hydrogeologických podmínkách. Mezi alternativní způsoby odkanalizování patří tlaková a podtlaková kanalizace. [2]

Tlaková kanalizace patří v současné době k nejrozšířenějším alternativním způsobům odvádění odpadních vod. Volba této kanalizace se doporučuje pro plochá nebo mírně zvlněná území. V případě čerpání „z kopce“ nebo „přes kopec“ by mohlo dojít k poruše stability tlakového režimu v síti. Tlaková kanalizace je vhodná pro území do 2 000 EO a není omezená geologickými podmínkami v podloží. Založena je na principu tlakové dopravy odpadních vod tlakovým sběrným potrubím až na ČOV. Provozní tlak v systému v rozmezí 0,5–3,0 MPa je vyvozován soustavou čerpadel osazených v domovních čerpacích jímkách (DČJ) s akumulačními jímkami, do kterých odpadní voda natéká gravitačně z domovních přípojek. Čerpadlo v domovní čerpací stanici je za běžného režimu řízeno v závislosti na stavu hladiny OV v jímce. Běh čerpadla je tedy dán „zapínací“ a „vypínací“ hladinou. [3] Sklon tlakové trubní sítě by měl být minimálně 0,3 % a minimální DN je 80 mm, v případě použití mělnícího systému je možno použít DN 50. Minimální požadovaná průtočná rychlost je 0,7 m/s. [2]

Používané systémy tlakové kanalizace lze rozdělit:

• na systém mechanického předčištění (nebo také systém předřazených septiků);
• na mělnící systém. [3]

Podtlaková kanalizace je druhým nejpoužívanějším typem alternativních způsobů odkanalizování. Odpadní vody odtékají z jednotlivých domů gravitačně do sběrných šachet umístěných v blízkosti každého domu. Když se naplní jímka sběrné šachty na předem daný objem, hydrostatický tlak aktivuje řídící jednotku, která následně otevírá sací ventil a odpadní voda se odsává ze sběrné jímky do stokové sítě. Sací ventil je otevřen cca 5 vteřin a následně se automaticky uzavírá. Po opětovném zaplnění jímky se tento proces opakuje. V celém systému stokové sítě se nepoužívá elektrická energie, vše pracuje automaticky na principu změny tlaku. Vývěvy udržují podtlak v síti 0,08–0,025 MPa. Odpadní vody z kanalizační sítě se shromažďují v centrální podtlakové stanici v podtlakové nádobě, ve které je provozní podtlak udržován obvykle okolo 50–60 kPa a odtud jsou čerpány na čistírnu odpadních vod nebo do další stokové sítě. Pomocí přisátého vzduchu jsou odpadní vody transportovány relativně vysokou rychlostí (5–6 m/s) potrubím stokové sítě do podtlakové stanice. [4] Jmenovitá světlost potrubí se navrhuje v rozsahu od DN 65 do DN 250. Dimenzování stokové sítě podle DWA-A 116 je omezeno pro stokové sítě do 3 000 EO s rovnoměrně rozděleným napojením obyvatel a na ploché území. V místech s nedostatečným podtlakem se navrhují automatické přivzdušňovací stanice. [5], [6]

4. Provozování kanalizace a ČOV

Řádné provozování a udržování stokové sítě vede k dosažení dlouhé životnosti. Přitom je třeba přihlížet i k provozu ostatních zařízení, která tvoří se stokovou sítí jeden provozní celek, tedy k ČOV a jejich objektů. Nutností je starat se o bezpečný, hospodárný a hygienicky nezávadný provoz a také dodržovat limity vypouštěného znečištění. Sledováním technického stavu při provádění pravidelných prohlídek předcházíme vzniku poruch a havárií. Prohlídky na gravitační kanalizaci se provádí jedenkrát za čtvrtletí (březen, červen, září, prosinec). [13] Na tlakové kanalizaci jsou doporučovány kontroly čerpací jímky a jejího provozu a to minimálně 1× za rok, 1× měsíčně by se měla udělat kontrola těsnosti spojů v DČJ a 2× měsíčně by se měly odstranit nečistoty z ovládacích plováků oplachem čistou vodou. [8] Kontrola podtlakové kanalizace se doporučuje minimálně 2× do roka a to na jaře a na podzim. Měla by se provádět na všech šachtách vizuální a sluchovou kontrolou strojního zařízení. Dále se kontroluje doba odsávání splašků sacím ventilem. Norma doporučuje na tlakové kanalizaci použít kalníky, vzdušníky, měřící a čistící kusy. Standardně se s nimi ale na tlakové kanalizaci nesetkáváme. [11]

Nevýhody a problémy na gravitační kanalizaci:

• Nutné dodržení sklonu, které může vést až k velice hlubokým a nákladným výkopům. V případě nedodržení sklonu by docházelo k usazování OV ve stokové síti a následnému rozkladu odpadních látek vlivem přítomnosti kyslíku. [1]

Nevýhody a problémy na tlakové kanalizaci:

• Životnost – Čerpadla a strojní zařízení mají omezenou životnost (cca 10 let).
• Provozní náklady.
• Ucpání čerpadla, poškození senzorů, nahromadění tuků na plovákových spínačích – vlivem vypouštění textilií, tuků a podobných předmětů, které do tlakové kanalizace nepatří.
• Chuchvalce a nečistoty z nových praček, které dnes nebývají vybaveny sítky na vlákna a drobné předměty jako jsou mince.
• Zalepení senzorů – díky dnešním pracím práškům.
• Poruchy na elektroinstalaci – např. spálení motoru opotřebením, elektrolýza hrotů snímacích vidlí, přilepení stykače a následné vyčerpání veškeré vody z DČJ, zatuhnutí kulových ventilů.
• Absence sekčních ventilů, která vede k náročnějším opravám a hledání poruch.
• Nedostačující kapacita při výpadku elektrické energie – při napojení více nemovitostí na jednu DČJ.
• Promrzání – při nedostatečné hloubce výkopu a při chybějící tepelné izolaci poklopu.
• Vnikání balastních vod.
• Nelegální napojení dešťových vod.
• Zápach na ČOV a koroze - veškerý zápach se díky nepřítomnosti vzduchu v tlakové kanalizaci uvolňuje na ČOV rozkladem tuků a dochází ke korozi materiálu.
• Nevhodné umístění DČJ – na špatně dostupná místa na soukromém pozemku.
• Septiky – v případě využití stávajících septiků jako čerpací stanice dochází k častému poškozování čerpadel.
• Mastnota.
• Vyhnívání – při minimálních rychlostech (v noci) dochází k sedimentačním a vyhnívacím procesům v tlakovém systému.
• Vysoká cena centrálního dispečinku.
• Nezajištění zdravotní nezávadnosti – v případě vytažení čerpadla z jímky při opravě a jeho položení na terén.
• Čpavek.
• Pěna – tvoří se v AN nebo v SBR reaktoru. [10]

Nevýhody a problémy na podtlakové kanalizaci:

• Životnost – strojní zařízení mají omezenou životnost.
• Provozní náklady.
• Ucpávání sběrné šachty – vlivem vypouštění nežádoucích předmětů do stokové sítě (mokré ubrousky, hadry a jiné).
• Praskání membrány.
• Poškození řídící jednotky.
• Chybějící signalizace, centrální dispečink nebo dokonce chybějící sekční ventily.
• Vysoká cena bezdrátových senzorů nebo kabelových modelů.
• Nedostačující kapacita při výpadku elektrické energie – při napojení více nemovitostí na jednu sběrnou šachtu.
• Promrzání.
• Infiltrace nežádoucích vod.
• Nelegální napojení dešťových vod.
• Zápach – při rozkladu tuků dochází ke vzniku sirovodíku a zápachu podtlakové kanalizace.
• Koroze – stěn a veškerého korozi podléhajícího materiálu na ČOV.
• Nevhodné umístění sběrné jímky – na špatně dostupná místa na soukromém pozemku.
• Dlouhé úseky – na velmi dlouhých úsecích dochází k ucpávání šachet.
• Poškození hadičky pro přisátí vzduchu.
• Srážení vody v jímce – ventil nesepne odsávání splašků.
• Poklop – špatné zabezpečení poklopů proti vniknutí nežádoucích osob. [11]

5. Vliv kanalizačního systému na ČOV

Volba způsobů odkanalizování má přímý dopad na volbu technologie a návrh parametrů ČOV. Při návrhu je nutno zohlednit odlišný režim hydraulického a látkového zatížení pro jednotlivé systémy. [3]

Monitorováním odpadních vod z různých druhů kanalizačních systémů byly prokázány u tlakového a podtlakového systému vyšší koncentrace znečištění surových odpadních vod. Jedná se zejména o ukazatele, které jsou ovlivněny oxidačně-redukčními procesy v kanalizaci, tedy BSK5, CHSK a N-NH4. Největší vliv na tyto vysoké koncentrace má skutečnost, že dochází k dlouhodobému zdržení odpadní vody v domovních šachtách nebo čerpacích stanicích, které může činit až 16 hod., přičemž toto prostředí vytváří anaerobní podmínky.

V gravitační kanalizaci naopak dochází k oxidaci splašků. [7]

Oproti konvenčním technologickým linkám se na ČOV u alternativních stokových systémů nevyskytují objekty, jako je retenční nádrž, usazovací nádrž, lapák tuků, lapák písku, případně česle. Z těchto objektů se přesto doporučují osadit česle.

Tlaková kanalizace

Při použití oddílné soustavy se na ČOV nenavrhují retenční nádrže. Může se ale stát, že při vnikání balastních vod a nelegálního napojení srážkových vod bude přitékat větší množství naředěných OV.

V případě tlakové kanalizace se systémem předřazených septiků se většina pevných látek zachytí již na mřížkách nebo sítech a usazovací nádrž nemá velký význam. (Usazovací nádrž se obecně doporučuje navrhovat až při počtu ekvivalentních obyvatel nad 30 000.)

U tlakové kanalizace způsobují tuky značné problémy, které se ale musí vyřešit již v rámci DČJ, proto je důležité poučit uživatele tlakové kanalizace o vhodnosti vypouštěných OV.

Lapák písku není potřeba na ČOV navrhovat, protože ve správně fungujících systémech oddílné kanalizace není obsah zrnitých částic tak výrazný jako u jednotné, které odvádějí srážkové vody z povrchu terénu – zrnité částice způsobují poškození strojního zařízení a abrazi.

Tlaková kanalizace obsahuje systém předřazených septiků na zachycení plovoucích nečistot nebo mělnící systém, který nečistoty rozseká na drobné částice. Přesto ale na ČOV projde spoustu látek, které je, vzhledem k provozu aktivační nádrže, příznivější zachytit na česlích. V provozu jsme se setkali s použitím česlí na všech navštívených ČOV. [10]

Podtlaková kanalizace

Využití retenční nádrže je stejné jako u tlakové kanalizace.

U podtlakové kanalizace se nečistoty vlivem vysoké rychlosti dopravy OV (až 6 m/s) rozmělní na malé částice, které mají horší sedimentační schopnosti. Návrh usazovací nádrže je tedy obdobný jako u tlakové kanalizace.

Použití lapáku tuků a lapáků písku je na stejném principu jako u tlakových kanalizací.

Podtlaková kanalizace většinu odpadních látek rozmělní. Pro zachycení těchto nečistot je vhodné použít namísto česlí sběrný koš umístěný před nátokem do aktivace. Obvykle postačí jeho vyčištění 1× denně. [11]

6. Technické ukazatele pro stokové systémy

Metodika slouží pro hodnocení technického stavu kanalizační sítě. Při technickém hodnocení stavu potrubí se používají podklady z kamerového průzkumu a geografických informačních systémů (stáří trub, druh materiálu trub atd.). Na základě vyhodnocení technického stavu můžeme zatřídit potrubí a objekty na stokové síti do kategorie K1–K5. [9]

Pro gravitační kanalizaci byly TU (technické ukazatele) pro hodnocení stavu stokové sítě, šachty a objektů na stokové síti již sestaveny na Stavební fakultě VUT v Brně. Účelem je návrh TU i pro tlakové a podtlakové stokové sítě. Metodika používá kódovací systém pro popis stavu provedený vizuální kontrolou uvnitř stok a kanalizačních přípojek a ve vstupních a revizních šachtách na gravitační kanalizaci.

Posuzovanou stokovou síť se podle této metodiky doporučuje rozdělit na samostatně posuzované celky:

• Stoková síť
• Šachty
• Objekty na stokové síti [9]

Posuzování technického stavu je také nutno odlišit podle použitého materiálu:

• Potrubí tuhá (beton, ŽB, kámen, čedič, polymerbeton, zděné stoky)
• Potrubí polotuhá – částečně poddajná (tvárná litina)
• Potrubí poddajná (plast, sklolaminát, ocelové trouby) [9]

Za předpokladu tuhého potrubí gravitační kanalizace a poddajného potrubí u kanalizace tlakové a podtlakové je zde uveden návrh TU pro hodnocení stavu stokové sítě, šachet a podtlakové stanice, za předpokladu navazujícího číslování TU všech objektů.

7. Závěr

V rámci řešení projektu specifického výzkumu na fakultě stavební č. FAST-S-13-2093 s názvem „Sledování vybraných parametrů odpadní vody pro CFD modelování“ je v prvním roce cílem navrhnout technické ukazatele hodnocení tradičních a alternativních způsobů odkanalizování. Pro získání potřebných informací o těchto systémech a technologickém uspořádání objektů na ČOV jsme navštívili obce provozující podtlakovou a tlakovou kanalizaci. Podle zpracované Metodiky hodnocení technického stavu kanalizační sítě na Ústavu vodního hospodářství obcí a získaných informací od provozovatelů kanalizací zde byly navrženy technické ukazatele pro podtlakovou i tlakovou kanalizaci a objektů na ní. Výsledkem návrhu technických ukazatelů bude jejich přiřazení do tříd poruch K1–K5, které vypovídají o stavu potrubí a objektů na stokové síti. (Stav K1 – velmi dobrý. K2 – dobrý, K3 – vyhovující, K4 – nevyhovující a K5 – kritický.)

Poděkování

Příspěvek byl zpracován v rámci řešení projektu č. FAST-S-13-2093 s názvem „Sledování vybraných parametrů odpadní vody pro CFD modelování“, specifický výzkum 2013, který je řešen s finanční podporou Vysokého učení technického v Brně.

This contribution has been prepared within the project No. FAST-S-13-2093 titled Monitoring of selected parameters of wastewater for CFD modeling, specific research 2013, which is solved with the financial aid of Brno University of Technology.

Literatura

• [1] Stokování a čištění odpadních vod: Modul 1 [online]. Brno, s. 12 [cit. 2013-10-14].
• [2] Příručka provozovatele stokové sítě. Líbeznice u Prahy: Medium, spol.s.r.o., 2003. ISBN 80-238-9947-3.
• [3] BERÁNEK, Josef a Petr PRAX. Navrhování tlakové kanalizace. 1. vyd. Brno: Noel, 2000. ISBN 80-860-2008-8
• [4] Roevac – Venkovní podtlakové systémy. In: Vacuum Global s.r.o. [online]. 2012 [cit. 2013-10-28]. Dostupné z: http://www.vacuumglobal.cz/roevac_venkovni_popis.html
• [5] RACLAVSKÝ, Jaroslav. VENKOVNÍ PODTLAKOVÉ SYSTÉMY STOKOVÝCH SÍTÍ – 1. ČÁST. SOVAK: Časopis oboru vodovodů a kanalizací. 2009, roč. 2009, č. 11. DOI: ISSN 1210-3039.
• [6] AIRVAC Podtlakové systémy. In: Vacuum Global s.r.o. [online]. 2012 [cit. 2013-10-28]. Dostupné z: http://www.vacuumglobal.cz/airvac_podtlakovy_sachta.html
• [7] Vliv kanalizační sítě na kvantitu a kvalitu dopravené odpadní vody na ČOV. In: TZB-info [online]. 2011 [cit. 2013-10-27]. Dostupné z:
  http://voda.tzb-info.cz/kanalizace-splaskova/7813-vliv-kanalizacni-site-na-kvantitu-a-kvalitu-dopravene-odpadni-vody-na-cov
• [8] Čerpací jímky. In: Bencopo s.r.o. [online]. 2007 [cit. 2013-10-27]. Dostupné z:
  http://www.bencopo.cz/download/TDP_CJB.pdf
• [9] TNV 75 6905. METODIKA HODNOCENÍ TECHNICKÉHO STAVU KANALIZAČNÍ SÍTĚ. Praha: HYDROPROJEKT CZ a.s., 2012.
• [10] Informace z provozu tlakové kanalizace
• [11] Informace z provozu pod tlakové kanalizace
• [12] Provozní řád stokové sítě. In: Eurochem [online]. 2010 [cit. 2013-10-26].