Drukuj

Projektowanie podczyszczalni deszczowychZasadność stosowania w zlewniach drogowych podczyszczalni deszczowych z „separatorami z bypassem” oraz „osadnikami zintegrowanymi” w świetle uwarunkowań technicznych i formalnoprawnych oraz praktyki projektowej

Wiele nieporozumień interpretacyjnych wynika z rozbieżnych celów regulacji obowiązujących producentów urządzeń separacyjnych (np. normy PN-EN 858-1:2005 i PN-EN 858-2:2005) i regulacji oraz zasad sztuki inżynierskiej dotyczących projektowania obiektów podczyszczających wody deszczowe. Szczególnie ujawniają się one w przypadku przelewów nadmiarowych często nazywanych „bypassami”.

Konsekwencją tych nieporozumień jest dość powszechne stosowanie rozwiązań, które same w sobie są całkowicie zgodne z prawem i posiadają wszelkie wymagane certyfikaty i dopuszczenia, jednak w warunkach konkretnych zlewni (np. w zlewniach drogowych) mogą nie spełniać swoich funkcji ochronnych. Zdarzają się więc wadliwe aplikacje z punktu widzenia wiedzy technologicznej oraz praktyki eksploatacyjnej. Inną kwestią wartą rozważenia są badania wymagane do otrzymania aprobaty technicznej dla urządzeń fabrycznie wyposażonych w „bypassy”. W świetle praktyki istotnym również staje się postulat, by obiekty podczyszczalni deszczowych z indywidualnie projektowanymi przelewami były w toku postępowania wodnoprawnego poddawane analizie hydraulicznej.

Uwarunkowania formalno-prawne

Standardy emisji zanieczyszczeń zawartych w ściekach opadowych odprowadzanych z dróg krajowych, wojewódzkich oraz powiatowych klasy G, parkingów o powierzchni powyżej 0,1 ha oraz obiektów dystrybucji paliw, określa §19 rozporządzenia Ministra Środowiska z 24 lipca 2006 r. [3]. Zgodnie z tym rozporządzeniem, zawartość zawiesiny ogólnej w ściekach odprowadzanych do środowiska nie może być większa niż 100 mg/l, a węglowodorów ropopochodnych – 15 mg/l.

Podane wartości odnoszą się do tej ilości ścieków opadowych, jaka powstaje z opadu o natężeniu co najmniej 15 l/s spływającego z 1 ha odwadnianej powierzchni szczelnej dróg, parkingów i terenów przemysłowych. W przypadku spływów z terenów magazynowania i dystrybucji paliw - wymienione wyżej graniczne wartości parametrów zanieczyszczeń - obowiązują dla ścieków opadowych powstających z opadu o częstości występowania raz w roku (C=1) i czasie trwania 15 minut, lecz w ilości nie mniejszej niż ilość ścieków odprowadzana z 1 ha powierzchni szczelnej z opadów o natężeniu 77 l/s.
Odpływ wód opadowych i roztopowych w ilości przekraczającej powyższe wartości może być wprowadzany do odbiornika bez oczyszczania, a urządzenie oczyszczające powinno być zabezpieczone przed dopływem wód o natężeniu większym niż jego przepustowość nominalna.

Pierwsze zapisy pozwalające wydzieloną część spływów opadowych, kwalifikowanych jako wody zanieczyszczone (cały czas istnieją naszym w prawodawstwie wody opadowe, które są „umownie czyste”), odprowadzać do odbiorników z pominięciem jakichkolwiek urządzeń podczyszczających, pojawiły się w rozporządzeniu Ministra Środowiska z 29 listopada 2002 r. [4].

Na podstawie publikacji w prasie fachowej oraz wystąpień konferencyjnych można przypuszczać, że intencją ustawodawcy było unikanie nadmiernego i nieefektywnego z punktu widzenia ochrony środowiska wodnego inwestowania w podczyszczanie przepływów deszczowych pochodzących z deszczy nawalnych, stosunkowo rzadko występujących i – jak zapewniają środowiska naukowe – sumarycznie wnoszących do odbiorników znacznie mniejszy ładunek zanieczyszczeń niż przepływy „przeciętne”. Po przeszło dziesięciu latach doświadczeń w funkcjonowaniu historycznego rozporządzenia z 11 listopada 1991 r. (nakazującego podczyszczanie wód opadowych ze wskazanych zlewni i powierzchni, uznając je za zanieczyszczone) nie normującego  wielkości przepływów opadowych, które miały być podczyszczane, ustawodawca uznał powyższe argumenty i zezwolił na odprowadzanie do środowiska części wód opadowych umownie określanych jako „brudne”. Przed urządzeniami podczyszczającymi ustawodawca zezwolił na zastosowanie urządzeń przelewowych rozdzielających strugi na „przepływy nominalne” wymagające podczyszczania i kierowane do stosownych urządzeń podczyszczających oraz „nadmiarowe” (ponad nominalne), których podczyszczanie nie jest obowiązkowe.

Zapisy w przytoczonym rozporządzeniu stały się podstawą do produkcji i stosowania urządzeń podczyszczających wody deszczowe z tzw. bypassami wewnętrznymi lub zewnętrznymi, stanowiącymi element urządzenia. Skorzystali z nich w szczególności producenci urządzeń o wysokiej sprawności usuwania zanieczyszczeń olejowych, a wymagających przez to stosowania odpowiednio dużych urządzeń, które przy kierowaniu do nich całej strugi przepływu stawały się bardzo drogie.


Działalność producentów separatorów o wysokiej sprawności chwilowej (tzw. klasy I) zaciążyła na interpretacji wprowadzanych przepisów, sugerując obligatoryjność (a nie opcjonalność) stosowania przelewów dla przepływów większych od nominalnych, jak również sugerując konieczność „bypassowania” strug wewnątrz samych urządzeń podczyszczających. Tymczasem wprowadzone przepisy mówiły wyraźnie o zastosowaniu urządzeń przelewowych przed podczyszczalnią deszczową.

Równolegle z korektami rozporządzeń MŚ w zakresie wymagań względem wód opadowych – w związku z przystąpieniem Polski do UE – rozpoczął się proces wdrażania tzw. norm europejskich, a także korekty ustawodawstwa normującego dopuszczanie wyrobów budowlanych do obrotu. Efektem tego procesu są m.in. normy:

a także rozporządzenia:

Efekt powyższych uregulowań prawnych na dzisiaj jest taki, iż tzw. separatory ropopochodnych dość powszechnie stosowane w podczyszczalniach deszczowych (często nawet utożsamiane z podczyszczalniami deszczowymi) powinny albo spełniać wymogi normy europejskiej, albo posiadać aprobatę techniczną wydaną przez upoważnioną jednostkę (w przypadku urządzeń podczyszczających ścieki przez Instytut Ochrony Środowiska w Warszawie). Kolejnym dokumentem, który bardzo silnie wpływa na realizację podczyszczalni wód opadowych ze zlewni drogowych, jest norma drogowa PN-S-02204/1997 [9]. Norma ta jest źródłem szeregu zaleceń praktycznych i w wielu przypadkach decyduje zarówno o parametrach technicznych odwodnienia drogi, jak i o parametrach technicznych, jakie powinny spełniać urządzenia podczyszczające. (Wybrane kwestie szczegółowe dotyczące aspektów technicznych urządzeń podczyszczających – jakie wynikają z normy – przedstawiono w kolejnych rozdziałach.)

Uwarunkowania techniczne i praktyka projektowa

Zgodnie ze współczesną wiedzą o składzie wód opadowych z dróg (zwłaszcza z ich odcinków zamiejskich) dobrze zaprojektowana podczyszczalnia deszczowa musi przede wszystkim dobrze usuwać zawiesiny ogólne. Oznacza to, iż najważniejszym elementem podczyszczalni jest osadnik. Prawidłowo zaprojektowany osadnik powinien posiadać odpowiednią powierzchnię czynną, zapewniającą uzyskanie zakładanej stałej sprawności instalacji, więc w trakcie projektowania należy wykonać stosowne obliczenia obciążenia hydraulicznego projektowanego osadnika, zgodne z wiedzą o zjawiskach sedymentacji zawiesin ziarnistych oraz z dobrymi praktykami projektowania osadników.

Prawidłowe obliczenie niezbędnej powierzchni osadnika wymaga również wiedzy (albo założeń) o składzie frakcyjnym zawiesin w podczyszczanych ściekach.

Rys. 1. Skład frakcyjny zawiesin deszczowych [1, 9]

Wiedza o składzie frakcyjnym zawiesin deszczowych nie jest usystematyzowana. Projektanci mogą się spotkać z publikacjami i badaniami wykazującymi zarówno dominację zawiesin gruboziarnistych (frakcje piaskowe i żwirowe), jak i drobnoziarnistych o konsystencji „kisielu” (frakcje pylaste, ilaste i zawiesiny organiczne).

Norma drogowa [9] zakłada, iż zawiesiny w spływach deszczowych z dróg są uziarnione bardzo drobno i zaleca przyjmować skład frakcyjny zawiesin w następujący sposób:

Natomiast prędkość sedymentacji, która pozwala na usunięcie zawiesin o określonych średnicach ziaren, należy przyjmować wg tabeli 1.

Tab. 1. Wartości prędkości sedymentacji dla drogowych ścieków deszczowych [9]

Maksymalne powierzchniowe obciążenie hydrauliczne, jakie powinna posiadać oczyszczalnia ścieków deszczowych, aby mogła spełniać warunek określony w punkcie 3.2.2 normy [9] (wymagane usunięcie m.in. 50% zawiesiny drobnej) wynosi 4,1 m/h. Od strony pracy oczyszczalni oznacza to, że zatrzymane w niej muszą być wszystkie zawiesiny o prędkości sedymentacji większej niż 4,1 m/h. Od strony technologicznej oznacza to natomiast, że na każdy 1 m3/h przepływających ścieków deszczowych potrzebne jest przynajmniej 0,24 m2 powierzchni aktywnej, aby utrzymać zakładaną 50% sprawność.

Istnieją również źródła sugerujące inny (gruboziarnisty) skład frakcyjny zawiesin – m.in. podręcznik Arkady (patrz rys 1.) - ale dotyczą one badań wykonanych dla ulic miejskich. Jeśli przyjąć założenia projektowe dotyczące składu zawiesin wg charakterystyki gruboziarnistej (np. wg [1]), to projektując osadnik można skorzystać z uproszczonej metody wymiarowania osadników (wg zaleceń IOŚ – tab. 2).

Tab. 2. Orientacyjne wartości parametrów technologicznych osadników [2]

Powyższe zalecenia sprawdzają się dość dobrze w warunkach miejskich. Stosownie do przyjętych założeń projektowych należy zastosować urządzenia odpowiedniej konstrukcji.

Na rynku istnieją urządzenia „intensyfikujące” sedymentację, np. poprzez zastosowanie różnego typu wkładów wielostrumieniowych, bądź specyficznych konstrukcji osadników wymuszających przepływ wirowy, jednak nie zmienia to podstawowego warunku poprawnego funkcjonowania i projektowania osadników deszczowych. Chcąc osiągnąć sedymentację danej frakcji zawiesin musimy zastosować osadnik o obciążeniu hydraulicznym odpowiednim dla sedymentacji tej frakcji, wyliczony każdorazowo dla danej zlewni.

Nie ma podstaw do przesądzania o słuszności którejkolwiek z teorii na temat składu frakcyjnego, jednak mimo poszukiwań nie znaleziono danych, aby zakwestionować drobnoziarnisty model zawiesin wód deszczowych dla spływów deszczowych z dróg w obszarach pozamiejskich.
Praktyka projektowa wspierana działaniami marketingowymi producentów separatorów, a także szeregiem publikacji o charakterze wytycznych projektowania - wbrew zaleceniom normy drogowej - sprowadziła projektowanie podczyszczalni deszczowej do zaprojektowania separatora ropopochodnych.

Autorzy wytycznych projektowania separatorów - z racji tego, czym się zajmują („projektowanie separatorów”) - w większości przypadków koncentrują się na zapewnieniu prawidłowych warunków do separacji zanieczyszczeń olejowych, a nie na prawidłowym zaprojektowaniu obiektu podczyszczalni deszczowej.  Z punktu widzenia autorów „wytycznych separatorowych” reprezentujących producentów urządzeń - zastosowanie ich wyrobu (separatora) - do podczyszczania ścieków opadowych, jest jednym z bardzo wielu obszarów zastosowań separatorów i wcale nie najważniejszym. Stąd „wytyczne separatorowe”, wzorowane najczęściej na normach PN-EN 858-1:2005 i PN-EN 858-2:2005 [10, 11], obejmują zalecenia dotyczące poprzedzenia instalacji separatora stosownym osadnikiem, ale nie poświęcają zbyt wiele uwagi osadnikom zasilanym wodami opadowymi. Zarówno norma „separatorowa”, jak i indywidualne aprobaty techniczne, bazujące z reguły na jej podstawowych zapisach, określają minimalne wymagania dla osadników z punktu widzenia zabezpieczenia właściwej pracy separatora przy różnych jego zastosowaniach (głównie technologicznych), ponieważ dokumenty te dotyczą warunków stosowania danego wyrobu, a nie warunków projektowania obiektów podczyszczających wody opadowe.

Tab. 3. Minimalna pojemność osadników współpracujących z separatorem [11]

Kryterium objętościowe osadników (patrz tabela 3) przed separatorami służy przede wszystkim ułatwieniom w projektowaniu separatorów do podczyszczania ścieków technologicznych i z założenia jest kryterium bardzo ogólnym i pomocniczym, a nie jedynym. Uwaga odnosząca się do zastosowań deszczowych mówi: „… wszystkie obszary zbierające wodę deszczową, gdzie występuje niewielka ilość mułu z ruchu ulicznego lub podobnych …” Powyższe nie oznacza, iż każda zlewnia deszczowa może być „obsłużona” osadnikiem o przysłowiowej pojemności wystarczy, że z analizy charakteru zlewni wynika, że odprowadza ona wody średnio lub silnie zanieczyszczone zawiesinami (większość zlewni miejskich, a także dróg o dużym ruchu), a już – aby pozostać w zgodzie z normą separatorową – należałoby zastosować osadnik dwu, albo trzykrotnie większy. Przedstawiciele handlowi większości producentów separatorów o powyższym warunku wydaje się, że zapominają i bagatelizują problem, zwłaszcza, gdy ze względu na ograniczenia przestrzenne projektanci są skłonni sięgać po urządzenia z tzw. „zintegrowanym osadnikiem” lub tzw. rozwiązania z bypassem wewnętrznym.


Efekty środowiskowe

Efekty środowiskowe powyższych interpretacji przepisów oraz praktyki projektowej możemy prześledzić analizując pracę podczyszczalni deszczowych jako kompleksowego obiektu oczyszczającego.

Rys. 2. Przykładowy schemat podczyszczalni deszczowej [12]

 

 







 

Rys. 3. Przykładowe rozwiązania elementów podczyszczalni deszczowych różnych producentów

Wyobraźmy sobie skutki dwóch sytuacji – jakże prawdopodobnych – na drogach szybkiego ruchu w obszarach zamiejskich:

A. Katastrofa drogowa i rozlew znacznej objętości substancji ropopochodnych (np. zawartości cysterny z benzyną).
B. Potwierdzenie się założeń normy drogowej dotyczącej ilości, a przede wszystkim składu frakcyjnego zawiesin – dla drogi o dużym ruchu przebiegającej przez tereny zamiejskie, gdzie służby eksploatacyjne wykonują absolutne minimum (o ile wykonują), czyli kontrolę 2 razy na rok.
Jeżeli podczyszczalnia – jako obiekt – została zaprojektowana wg modelu na rys. 2. (całkowicie zgodnie z prawem), to w przypadku A, w urządzeniach o przykładowej konstrukcji jak na rys. 3.1. – 3.6. oraz 3.9., nastąpi zamknięcie odpływu przez separator poprzez pływak „antyolejowy” oraz wypływ substancji ropopochodnej do przelewu (zewnętrznego bądź wewnętrznego).

Urządzenie o konstrukcji jak na rysunku 3.7. i 3.8. będzie zatrzymywało olej do momentu wypełnienia olejem objętości do dolnej granicy wkładu lamelowego i w końcu też zacznie go wypuszczać na zewnątrz, ale ma nad pozostałymi urządzeniami jedną przewagę. Nie jest ono opatrzone metryczką: „… posiada automatyczne zamknięcie przeciwrozlewowe…” Dzięki temu – być może – stosując je w zlewni o podwyższonym ryzyku rozlewów awaryjnych, w toku uzgodnień na jednostce projektowej zostanie wymuszone zaprojektowanie niezależnego zamknięcia – za urządzeniem, które w przedstawionym w przypadku zatrzyma całą strugę (rys. 3.10.).
W przypadku B, jeśli części osadnikowe zaprezentowanych urządzeń nie zostały zaprojektowane na parametry adekwatne do stopnia zanieczyszczenia ścieków w rozpatrywanej zlewni - a z reguły tzw. osadniki „zintegrowane” wymiarowane są przez producentów jako

 

- i nie zostały poprzedzone wydzielonym osadnikiem (zaprojektowanym zgodnie ze sztuką z uwzględnieniem obciążenia hydraulicznego i frakcji zawiesiny), nastąpi unoszenie drobnych frakcji zawiesin, które albo będą po prostu wypływały z urządzenia ,  czego nikt nie stwierdzi dopóki przepustowość nominalna urządzeń nie przekroczy 300 dm3/s (brak obowiązku wykonywania badań), albo początkowo będą usuwane przez filtr jaki stanowi wypełnienie koalescencyjne,  aby następnie zakolmatować je i poprzez zwiększenie strat hydraulicznych spowodować wypływ zanieczyszczonej strugi ścieków (nawet przy przepływach mniejszych od nominalnych) do przelewu.

 

Podsumowanie

 

mgr inż. Małgorzata Helman-Grubba
Biuro Ekspertyz i Projektów Budownictwa
Komunikacyjnego „EKKOM” Sp. z o.o.,
Oddział w Gdańsku

Literatura:
[1.] Cywiński B. i in., 1983:  Oczyszczanie ścieków 1,Oczyszczanie mechaniczne i chemiczne. Arkady, Warszawa
[2.] Sawicka-Siarkiewicz H., 2004: Ograniczanie zanieczyszczeń w spływach powierzchniowych z dróg. Ocena technologii i zasady wyboru. Dział Wyd. IOŚ, Warszawa
[3.] Rozporządzenia Ministra Środowiska z 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełniać przy wprowadzeniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. z 2006, nr 137, poz. 984)
[4.] Rozporządzenia Ministra Środowiska z 29 listopada 2002 r. w sprawie warunków, jakie należy spełniać przy wprowadzeniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. 2002 nr 212 poz. 1799) (archiwalne)
[5.] Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 31 lipca 1998 r. w sprawie systemów oceny zgodności, wzoru deklaracji zgodności oraz sposobu znakowania wyrobów budowlanych dopuszczanych do obrotu i powszechnego stosowania w budownictwie (Dz.U. 1998 nr 113, poz. 728.)
[6.] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 15 stycznia 2002 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie aprobat i kryteriów technicznych oraz jednostkowego stosowania wyrobów budowlanych (Dz.U. 2002 nr 8, poz. 71.)
[7.] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 2 grudnia 2002 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie systemów zgodności wyrobów budowlanych oraz sposobu ich oznaczania znakowaniem CE (Dz.U. 2002 nr 209, poz. 1779.)
[8.] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 2 grudnia 2002 r. w sprawie polskich jednostek organizacyjnych upoważnionych do wydawania europejskich aprobat technicznych, zakresu aprobat oraz trybu ich udzielania lub zmiany (Dz.U. 2002 nr 209, poz. 1780.) [9.] PN-S-02204/1997: Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg
[10.] PN-EN 858-1:2005: Instalacje oddzielaczy cieczy lekkich (np. olej i benzyna). Część 1: Zasady projektowania, właściwości użytkowe i badania, znakowanie i sterowanie jakością
[11.] PN-EN 858-2:2005: Instalacje oddzielaczy cieczy lekkich (np. olej i benzyna). Część 2: Dobór wielkości nominalnych, instalowanie, użytkowanie i eksploatacja
[12.] Materiały techniczne i reklamowe - powszechnie dostępne na internetowych stronach producentów urządzeń podczyszczających, takich jak: ACO Elementy Budowlane Sp. z o.o., Sahler Polska Sp. z o.o., AWAS Polska Sp. zo.o., Separator Service Sp. z o.o., Buderus Separatory Polska Sp z o.o., Wavin Metalplast Buk, Ekol-Unicon Sp. z o.o., Hauraton Polska Sp. z o.o., Zakład Projektowo-usługowy „Stejax” - inż. Stefan Gulczyński,  JPR System