Studnie rozprężne są niezbędnym elementem zakończenia każdego rurociągu ciśnieniowego przetłaczającego ścieki sanitarne. Studnia rozprężna może być zlokalizowana w kolejnej zlewni grawitacyjnej, do której są przerzucane ścieki w drodze do oczyszczalni lub na samej oczyszczalni. Lokalizacja studni rozprężnej ma niebagatelne znaczenie z uwagi na to, że stanowi ona najintensywniejsze źródło emisji gazów złowonnych w obrębie systemu kanalizacyjnego.
Hierarchia uciążliwości w subiektywnym odbiorze przez mieszkańców liczona ilością skarg przedstawia się następująco:
- studnie rozprężne
- oczyszczalnie ścieków
- przepompownie ścieków
- kontenerowe stacje zlewcze ścieków
Przyczyną szczególnej uciążliwości zapachowej studni rozprężnych jest jakość ścieków zagniwających w długich rurociągach oraz gwałtowny spadek ciśnienia na wylocie powodujący ich szybkie odgazowanie. Okazało się, że studnia rozprężna jest poważnym problemem lokalizacyjnym oraz inżynierskim, ponieważ wymaga specjalnych rozwiązań materiałowych oraz zabezpieczenia bliskiego sąsiedztwa przed gazami kanalizacyjnymi powstającymi w trakcie rozkładu węglowodanów, węglowodorów, błonnika, białka i tłuszczów i innych substancji organicznych zawartych w ściekach.
Uciążliwości zapachowe z tego tytułu są szczególnie dokuczliwe w okrasie letnim, kiedy spada rozpuszczalność powietrza (w tym tlenu) w ściekach. Stężenia odorantów wyzwalane na studniach rozprężnych mogą wynosić znacznie powyżej 1000 ppm.
Mimo, że dla środowiska najbardziej problemowe są oczyszczalnie ścieków z uwagi na dużą powierzchnię emisji z obiektów otwartych, to ich lokalizacja zwykle w znacznej odległości od zabudowy mieszkalnej nie jest powodem szczególnie negatywnych odczuć społecznych. Studnie rozprężne, nawet jeżeli pierwotnie były zlokalizowane na obrzeżach zabudowy, z czasem w miarę rozwoju jednostek osadniczych są przez nie wchłaniane i zaczynają stanowić problem.
Obserwowana obecnie tendencja ucieczki mieszkańców z centrów miast na obrzeża oznacza powstawanie zabudowy jednorodzinnej na odległych terenach, a zatem kolejnych układów tłocznych i studni rozprężnych.
PARAMETRY I ROZWIĄZANIA MATERIAŁOWE
Literatura nie podaje sposobu wymiarowania studni rozprężnych. Do niedawna nie przywiązywano szczególnej wagi do rozwiązania studni rozprężnej, traktując ją jak każdą inną studnię wykonaną zwykle z betonu. Sytuacja zmieniła się wraz pojawieniem się rozległych układów tłocznych, w których problemem stało się zagniwanie ścieków i towarzyszący temu procesowi siarkowodór oraz inne związki powodujące korozję betonu. Korozyjne właściwości ścieków zostały podwyższone dodatkowo przez eksploatatorów na skutek stosowania reagentów o bardzo niskim pH w celu powstrzymania procesu zagniwania ścieków. Skutkiem powyższego, studnie betonowe zaczęły ulegać szybkiej degradacji chemicznej.
O zagniwaniu ścieków i stosowaniu reagentów chemicznych dowiesz się więcej z artykułu „Instalacje do dozowania reagentów chemicznych w kanalizacji ciśnieniowej”.
Aby przeciwdziałać zagniwaniu ścieków, coraz częściej stosuje się neutralne chemicznie przedmuchiwanie rurociągów tłocznych sprężonym powietrzem, co powoduje dodatkowe okoliczności, które należy uwzględnić przy projektowaniu studni rozprężnej.
Oczekiwane przez inwestora cechy studni rozprężnej w aktualnych realizacjach to:
1. odporność na korozję
Materiał użyty do wykonania studni rozprężnej nie może ulegać korozji powodowanej przez związki siarki. Zalecane materiały to tworzywa sztuczne i polimerobeton. Powierzchnia wewnętrzna studni rozprężnej winna być gładka i ukształtowana w taki sposób, by zminimalizować możliwość zalegania podatnych na zagniwanie osadów. Nie zaleca się stosowania stopni złazowych lub drabin, na których mogłyby odkładać się zanieczyszczenia.
2. odpowiednia pojemność
Należy przyjmować, że pojemność studni rozprężnej powinna być taka, by studnia przejęła ilość odpompowanych ścieków w trakcie jednego cyklu pompowania bez spowodowania nadmiernego piętrzenia przy uwzględnieniu odpływu grawitacyjnego. W przypadku stosowania przedmuchu rurociągu tłocznego (częściowego lub całkowitego) należy uwzględnić odpowiednią objętość rurociągu.
3. brak emisji odorantów
Studnia rozprężna musi posiadać skuteczną wentylację wyposażoną w urządzenia minimalizujące emisję odorów do atmosfery. Dla małych obiektów o emisji gazów do 4 m³/h wystarczająca jest wentylacja oddechowa wyposażona w kominki wentylacyjne wypełnione materiałem filtrującym lub filtry podwieszane pod włazami otworowymi. Dla większych studni rozprężnych stosuje się urządzenia filtrujące o przepływie gazów wymuszonym przez wentylator.Należy uwzględnić w doborze wentylacji objętość studni rozprężnej wraz z kanałami grawitacyjnymi w obszarze zakładanej szczelności. Ilość wymian powietrza dla wentylowanej kubatury winna wynosić nie mniej niż – 10 W/h. Wentylator w wersji chemoodpornej powinien posiadać zapas wydajności z doregulowaniem przetwornicą częstotliwości w trakcie prób eksploatacyjnych.
STUDNIE ROZPRĘŻNE O WENTYLACJI GRAWITACYJNEJ
Wentylacja małych studni rozprężnych ma zwykle charakter niezorganizowany, zapewniając jedynie swobodny odpływ ścieków ze studni oraz zabezpieczając otoczenie przed wydostawaniem się gazów, stąd określenie jej „wentylacją oddechową” jest w pełni uzasadnione. Sam opór filtra choć niewielki, jak podają producenci, ma istotne znaczenie dla zatrzymania odorów powodowanych głównie przez siarkowodór, czyli gaz cięższy od powietrza. Proces przesączania się gazów przez filtr następuje przy powstaniu pewnego nadciśnienia w studni rozprężnej w czasie rozprężania się ścieków i intensywnego uwalniania każdej nowej ich porcji. Na efektywność działania najczęściej stosowanych filtrów, zawierających węgiel aktywny, ma wpływ stopień zawilgocenia wkładu filtracyjnego. Optymalna wilgotność względna powietrza przed filtrem węglowym nie powinna przekraczać 80%. Niestety na parametr wilgotności przy filtrach zastosowanych w wentylacji oddechowej nie mamy żadnego wpływu.
Na rysunku przedstawiono studnię rozprężną wykonaną z HDPE o dopływie tłocznym usytuowanym stycznie do przekroju poprzecznego z filtrem podwłazowym typu węglowego. W tym rozwiązaniu wkład filtracyjny wymaga okresowej wymiany bez względu na obiektywny stan filtra. Ustanie funkcji filtracyjnej na skutek zbyt dużego oporu złoża spowoduje, że uciążliwe gazy będą migrowały do dalszych odcinków kanalizacji grawitacyjnej, sprawiając mylne wrażenie, że filtr zainstalowany w studni rozprężnej nadal działa.
STUDNIE ROZPRĘŻNE O WENTYLACJI MECHANICZNEJ
Lokalizacja studni rozprężnej w pobliżu wrażliwych terenów zabudowy mieszkalnej lub uczęszczanych przez ludzi wymaga zastosowania systemu filtrowania gazów odlotowych o charakterze przewidywalnym. Urządzenie filtrujące winno posiadać czujniki oporu złoża oraz kontroli gazów na wylocie. Niebagatelne znaczenie ma też dogodny dostęp do złoża umożliwiający jego łatwą wymianę. Ideałem jest zastosowanie monitoringu pracy urządzenia filtrującego.
Zamieszczony rysunek przedstawia studnię wykonaną z polimerobetonu, na dnie której osadzono wyprofilowaną wkładkę z tworzywa sztucznego zabezpieczającą studnię przed osadami. Studnia skojarzona jest z kontenerowym urządzeniem filtrującym zawierającym także panel kontroli i sterowania.
Studnie rozprężne na zakończeniach dużych systemów tłocznych wymagają szczególnej staranności przy doborze z uwagi na konieczność uwzględnienia aspektów technologicznych, budowlanych oraz zabezpieczenia środowiska przed ewentualnym negatywnym oddziaływaniem na znaczną skalę. Poza już wymienionymi zagadnieniami, należy zwrócić uwagę na zakres pomiarowy i skuteczność działania czujników siarkowodoru. Ważnym zagadnieniem jest rozstrzygnięcie, czy zależy nam jedynie na sygnalizacji przekroczenia stanów alarmowych, czy na pełnym monitoringu stężenia siarkowodoru w możliwie dużym zakresie.
Sygnalizacja stanów alarmowych dla stężeń 0÷100 ppm jest możliwa za pomocą łatwo dostępnych urządzeń nawet o zasilaniu bateryjnym. Zakres do 2000 ppm wymaga zastosowania stacjonarnych czujników z zasilaniem sieciowym.
O ile małe instalacje do neutralizacji odorów, w tym siarkowodoru, mogą być zakupione w postaci kontenerów zawierających wszystkie niezbędne funkcje, to instalacje duże muszą być projektowane indywidualnie z wyodrębnionymi podzespołami:
- filtra adsorpcyjnego
- zespołu wentylacyjnego
- separacji skroplin
- kontroli procesu i automatyki
- zasilania elektrycznego
Ważną funkcją zawartą w dużych instalacjach jest osuszanie filtra, realizowane przez ciągłe zasysanie powietrza zewnętrznego o mniejszej wilgotności poprzez powietrzne zawory zwrotne. Objętość dodatkową zasysanego powietrza zewnętrznego należy uwzględnić przy doborze wentylatora wyciągowego.
Zamieszczony rysunek zawiera wylot indywidualnie zaprojektowanej studni rozprężnej z zespołem neutralizacji odorów ZNO dla wylotu DN250 zlokalizowanego na oczyszczalni ścieków. Posadowienie studni uwzględnia wysoki poziom wód gruntowych.
PODSUMOWANIE
Studnia rozprężna lub inaczej studnia końca układu tłocznego jest przykładem ewolucji obiektu na sieci, znanego od początków istnienia kanalizacji tłocznej. Zmiana podejścia do zagadnienia rozprężania ścieków w ostatnich latach jest wynikiem wzrostu uciążliwości z tytułu intensywności emisji gazów złowonnych z kanalizacji tłocznej.
Stosunkowa łatwość pompowania ścieków i korzyści finansowe wynikające z płytkiego układania sieci rodzą pokusę ciągłego wydłużania rurociągów tłocznych i centralizacji unieszkodliwiania ścieków na oczyszczalniach grupowych, bowiem w gospodarce zawsze zwycięża ekonomia.
Problem rozprężania ścieków jest szczególnie trudny dla eksploatatorów sieci kanalizacyjnej z uwagi na powszechne skargi mieszkańców. Brak uregulowań prawnych oraz literatury fachowej dotyczącej opisanego zagadnienia powoduje, że nie zawsze projektanci poświęcają mu wystarczająco dużo czasu i miejsca w swoich opracowaniach.
Artykuł niniejszy miał na celu zwrócenie uwagi na istotne zagadnienia dotyczące tematu oraz podjęcie merytorycznej dyskusji przez zainteresowane środowiska, bo choć obiekt jest mały to problem naprawdę duży.
